《高考物理一轮复习 第五章 实验五 验证机械能守恒定律讲义（含解析）-人教版高三物理试题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 第五章 实验五 验证机械能守恒定律讲义（含解析）-人教版高三物理试题（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律。二、实验器材铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源(交流46 V)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)。突破点(一)实验原理与操作例1在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0,1,2,3,4，n。则：(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为_、_、_，必须计算出的物理量为_、_，验证的表达式为_。(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是_(填写步骤前面的字母)。A将打点计时器竖直安装在铁架台上B接通电源，再松开纸带，让重物自由下落C取下纸带，更换新纸带(或
2、将纸带翻个面)重新做实验D将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带E选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1，h2，h3，hn，计算出对应的瞬时速度v1，v2，v3，vnF分别算出mvn2和mghn，在实验误差允许的范围内看是否相等答案(1)第2点到第6点之间的距离h26第1点到第3点之间的距离h13第5点到第7点之间的距离h57第2点的瞬时速度v2第6点的瞬时速度v6mgh26mv62mv22(2)ADBCEF由题引知要点谨记1.实验原理的理解对应第(1)题(1)两种验证方法利用起始点和第n点计算。代入ghn和vn2，如果在实验误差允许的条件下，ghnvn2，则能验证机
3、械能守恒定律。任取两点计算a.任取两点A、B，测出hAB，算出ghAB。b.算出vB2vA2的值。c.在实验误差允许的条件下，如果ghABvB2vA2，则能验证机械能守恒定律。(2)不需要测量物体质量m。集训冲关1(2018扬州期末)某同学利用“实验图示记心中”所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。(1)关于这一实验，下列说法中正确的是_。A打点计时器应接直流电源B应先释放纸带，后接通电源打点C需使用秒表测出重物下落的时间D测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度(2)该同学通过打点后得到一条纸带如图所示，O点为重物自由下落时纸带打点的起点，另选取连续的三个点为计数点A、B、C，各计数
4、点与O点的距离分别为s1、s2、s3，相邻计数点时间间隔为T，当地重力加速度为g，重物质量为m，从开始下落到打下B点的过程中，重物动能的增量表达式Ek_，重物重力势能减少量表达式Ep_。(用题中字母表示)(3)经计算发现重物动能增加量略小于重力势能减少量，其主要原因是_。A重物的质量过大B重物的体积过小C重物及纸带在下落时受到阻力D电源的电压偏低(4)为了减小实验误差请提出一条合理性建议：_。解析：(1)打点计时器应接交流电源，故A错误。开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采
5、集和处理，会对实验产生较大的误差，故B错误。我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故C错误。测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度，故D正确。(2)打B点时重物的速度vB，故重物动能的增量表达式EkmvB20，重物重力势能减少量表达式Epmgs2。(3)实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是重物下落时受到阻力作用，使得部分重力势能转化为内能，故选C。(4)为减少实验误差，可选用密度大的材料做重物或使打点计时器的两个限位孔的连线竖直。答案：(1)D(2)mgs2(3)C(4)选用密度大的材料做重物或使打点计时器的两个限位孔的连线竖直2(2019盐城模拟)小明利
6、用“实验图示记心中”所示装置“验证机械能守恒定律”。(1)实验中，为减少空气阻力对实验的影响，下列操作可行的是_。A选用质量大、体积小的重物B打点计时器两限位孔在同一竖直线上C释放前手应提纸带上端并使纸带竖直D重物下落过程中手始终提住纸带的上端(2)小明选择一条较为满意的纸带，如图所示。小明以O为计时起点，从A点开始选取纸带上连续点A、B、C、，测出O到A、B、C、的距离分别为h1、h2、h3、，重物的质量为m。小明选择A、C两点，计算出打下B点时速度vB后，通过比较重力势能减少量Epmgh2和动能增加量EkmvB2是否相等来验证机械能守恒。你认为小明的数据处理是_(选填“正确”或“错误”)的
7、，理由是_。解析：(1)为了减小阻力的影响，实验时重物选择质量大一些的，体积小一些的，故A正确。安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上，从而减小打点计时器对纸带的阻力的影响，故B错误。释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直，可以减小打点计时器对纸带的阻力的影响，故C错误。重物下落过程中，手不能拉着纸带，故D错误。(2)小明选择O、B两点，计算出打下B点时速度vB，通过比较重力势能减少量Epmgh2和动能增加量EkmvB2是否相等来验证机械能守恒；这种做法是错误的，原因是打下O点时重物的动能不为0。答案：(1)A(2)错误打下O点时重物速度不为0突破点(二)数据处理与误差分析例2用如图甲实验装置
8、验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打下的点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示。已知m150 g、m2150 g，则(计算结果保留两位有效数字)(1)在纸带上打下计数点5时的速度v_ m/s。(2)在计数点05过程中系统动能的增量Ek_ J。为了简化计算，设g9.8 m/s2，则系统势能的减少量Ep_ J。(3)实验结果显示EpEk，那么造成这一现象的主要原因是_。(4)在本实验中，若某同学作出了v2h图像，如
9、图丙，h为从起点量起的长度，则据此得到当地的重力加速度g_ m/s2。答案(1)2.4(2)0.580.59(3)摩擦阻力造成的机械能损失(4)9.7由题引知要点谨记3考查实验误差分析对应第(3)题因空气阻力、纸带与限位孔间的阻力、滑轮轴间阻力做负功，使系统重力势能的减少量大于系统动能的增加量。集训冲关3.(2019如皋调研)用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V的交流电和直流电两种。重物从高处由静止开始下落，重物上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律。下面是该实验的几个操作步骤：A按照图示的装置安装器件B将打点
10、计时器接到电源的“直流输出”上C用天平测出重物的质量D先释放悬挂纸带的夹子，然后接通电源打出一条纸带E测量纸带上某些点间的距离F根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能(1)其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是_。(将其选项对应的字母填在横线处)(2)在实验中，质量m1.0 kg的重物自由下落，带动纸带打出一系列的点，如图乙所示。相邻计数点间的时间间隔为0.02 s，距离单位为cm。纸带的_(选填“O”或“C”)端与重物相连；某同学从起点O到打下计数点B的过程中，计算出重物的动能增加量Ek_ J，重力势能减少量Ep_ J(g取9.8 m/s2，结果保留两位有效数字)。
11、(3)另一名同学用vB22ghOB计算出B的动能，恰好与重力势能减少量Ep相等，于是该同学得出结论“重物下落过程中机械能守恒”，试问该同学的做法是否合理？_。解析：(1)该实验中，先按题图进行准备实验；打点计时器接到电源的交流输出端上，不应用直流输出端，故B错误。我们是比较mgh与mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平，故C没有必要。先接通电源，后释放悬挂纸带的夹子，让重物带着纸带自由下落；再研究纸带，进行重力势能减少量和动能增量的比较即可，故D错误。(2)纸带的O端与重物相连；重物通过B点的速度vB m/s0.98 m/s。从起点O到打下计数点B的过程中重物的动能增加量Ek1(0.9
12、8)2J0.48 J；重力势能减小量Epmgh19.80.050 1 J0.49 J。(3)若用vB22ghOB计算B的动能，则mvB2mghOB，相当于用机械能守恒定律来证明机械能守恒定律，该做法不合理。答案：(1)BCD(2)O0.480.49(3)不合理4(2019南京模拟)在“验证机械能守恒定律”的实验中，(1)甲同学按照正确的实验步骤操作后，选出一条纸带如图1所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点。从纸带上A点开始每隔一个点取一个计数点，取得两个计数点B和C。该同学用刻度尺，测得OA9.62 cm，OB15.89 cm，OC23.64 cm。已知打点计时器每0.02 s打一个点，重
13、物的质量为1.00 kg，取g9.80 m/s2。在OB段运动过程中，重物重力势能的减少量Ep_ J；重物的动能增加量Ek_ J(结果均保留三位有效数字)。(2)乙同学利用该实验装置测定当地的重力加速度。他打出了一条纸带后，利用纸带测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以v2为纵轴画出了如图2所示的图线。由于图线明显偏离原点，若测量和计算都没有问题，其原因可能是_。乙同学算出该图线的斜率为k，如果阻力不可忽略，则当地的重力加速度g_k(选填“大于”“等于”或“小于”)。解析：(1)在OB段运动过程中，重物重力势能的减少量为：EpmghOB19.80.158 9 J1.56 J；B点的速度为：vB m/s1.75 m/s，则动能的增加量为：EkmvB211.752 J1.53 J。(2)从
