2020高考物理复习江苏必修2试验五验证机械能守恒定律

1、实验五验证机械能守恒定律实聆基础梳理.通过实验.求出做自由落体运动物体的由力势能的 T实翳廨理；戌少量和相应过程前能的增加量，若二者相等,说明 机械能守帕.从襁!证机械能守恒定律 体验目的二验证机彼能守恒定律七据处理J安装擒器应跖两一打点计时器、交流也睨，玳带史用纸,服物、刻度尺. L 铁架台的先子）、导线士将纸带固定在聿物k让纸带穿过41点计时 麟限位扎门H手提着纸芾.让亚物年近打点片时一并处 陵裳步盛一产抑止状态.然后接通电源.松开纸带.让重 物自由落F.纸带上打下系列小点TMJL条打卜点的瓶带中挑选出点迹消楚的纸 带进行刑所（S花起蛤点标卜3在以后件.点俵次标II, 2, 3,用刻度尺测

2、出对直卜落高度加.心 儿计算速度中方案一工利用起点和第3点：蜒以号.，方案二】任取放过两点儿曲 触脸“方案：阳象法.描绘出阳线4实验结论）一在误让允许的他国内.自由落体过程机械能守恒误差分析.减小测量误差：一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测 量完，二是多测几次取平均值.1.误差来源：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量正k=1 mv2必定稍小于重力势能的减少量 AEp= mghn,改进办法是调整器材的安装，尽可 能地减小阻力.注意事项.打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平 面内以减少摩擦阻力.重物密度要大：重物应选用质量

3、大、密度大的材料.一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落.纸带选择：纸带要选打点清晰，且1、2两点距离接近2 mm的纸带，以确保物体做 自由落体运动.hn+1_hn 1,.测长度，算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用 Vn = -2T，不能用Vn = 42/ 或Vn=gt来计算.实验热点突BE：:；工案嘛疑点*不杳破热点一 实验原理与实验操作【例11 (2018江苏省南通市、泰州市高三第一次模拟考试)图1甲是“验证机 械能守恒定律”的装置，气垫导轨上安装了 1、2两个光电门，滑块上固定一竖直遮 光条,滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连，细线与导轨平行.(1)用游标卡尺测得

4、遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度为 mm.(2)在调整气垫导轨水平时，滑块不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度， 使它从轨道右端向左运动，发现滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时 问.为使气垫导轨水平，可采取的措施是.A.调节P使轨道左端升高一些B.调节P使轨道左端降低一些C.遮光条的宽度应适当大一些D.滑块的质量增大一些(3)正确进行实验操作，测出滑块和遮光条的总质量M,钩码质量m,遮光条的宽度用d表示，已知重力加速度为g.现将滑块从图示位置由静止释放.若滑块经过光电门2时钩码未着地，测得两光电门中心间距L,由数字计时器读 出遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2,

5、则验证机械能守恒定律的表达式是若滑块经过光电门2时钩码已着地，为验证机械能守恒定律，已测得钩码初始位 置离地的高度h,还需测量的一个物理量是 .解析 (1)游标卡尺读数为13 mm+ 10X 0.05 mm= 13.50 mm.不挂钩码时，滑块通过光电门1的时间大于通过2的时间，说明从光电门1到2速度变大，轨道左端偏低，应使左端升高一些，选项A正确,B错误；为使气垫导轨水平，与遮光条宽度和滑块质量无关，选项C、D错误.1钩码重力势能减少量转化为钩码和滑块的动能，有mgL = b(M +d 2 d 212 11m)0豆 =,M +m)d2思一看；钩码着地后，滑块匀速运动.钩码运动h距 离过程中系

6、统机械能守恒，此时守恒表达式为 mgh=2(M+ m)d，需测出遮光条通 过光电门2的时间.答案(1)13.50 (2)A.1c 11(3) mgL= (m+M)d2 隹-森遮光条通过光电门2的时间热点二数据处理与分析【例2】(2018江苏宿迁模拟)某同学用如图2所示装置验证机械能守恒定律时， 所用交流电源的频率为50 Hz,得到如图3所示的纸带.选取纸带上打出的连续五 个点A、B、C、D、E,测出A点距起点。的距离为S0= 19.00 cm点A、C间的距 离为si = 8.36 cm,点C、E间的距离为S2=9.88 cm,g取9.8 m/s2,测得重物的质量 为 m= 1 kg.下列做法正

7、确的有.A.图2中两限位孔必须在同一竖直线上B.实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直C.实验时,先放开纸带，再接通打点计时器的电源D.数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置（2）选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是J打下C点时重物的速度大小是m/s.g吉果彳留3位有效数图32根据纸带算出打下各点时重物的速度 V,量出下落距离s,则以看为纵坐标、以s为横坐标画出的图象应是下面的重物减少的重力势能总是略大于增加的动能，产生这一现象的原因是.Q出一条即可）解析（1）题图中两限位孔必须在同一竖直线上，实验前手应提住纸带上端，并 使纸带竖直，这是为了减小打点计

8、时器与纸带之间的摩擦，选项A、B正确；实验 时，应先接通打点计时器的电源再放开纸带，选项C错误；数据处理时，应选择纸带 上距离较远的两点作为初、末位置，以减小长度的测量误差，选项D错误.(2)重物减少的重力势能为 AEp=mg(s0+si) = 2.68 J,由于重物下落时做匀变速直线运动,根据匀变速直线运动任意时间段中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的S1 + S2平均速度可知，打下C点时重物的速度为vc =二 =2.28 m/s.1 2 r 1 2 , V2 一 (3)物体自由下洛过程中机械能守恒，可以得出mgs=/mv ,即gs=/v ,所以万一s图 线应是一条过原点的倾斜直线，选项C正确

9、.(4)在实验过程中，纸带与打点计时器之间的阻力、空气阻力是存在的，克服阻力 做功损失了部分机械能，因此实验中重物减小的重力势能总是略大于增加的动能.答案(1)AB (2)2.68 2.28(3)C(4)重物受到空气阻力(或纸带与打点计时器限位孔之间存在阻力) 热点三实验的改进与创新.实验器材的创新(1)利用细线系住钢球来验证机械能守恒定律.(2)利用光电门测钢球经过光电门的速度.实验原理的创新小球重力势能的减少量等于小球下摆过程中动能的增加量.误差分析与实验改进因空气阻力做负功，导致出k.答案(1)B (2)1.50 1.50 (3)不同意 理由见解析 (4)见解析当壁设固达标眼琮越播化引在

10、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,重力加速度为g,依次打出的点为0,1,2,3,4n.则:图6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(W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.选择打点清晰，1、2两点距离接近2 mm的一条纸带，用刻度尺测出物体下落的 高度h1,h2,h3hn,计算出对应的瞬

11、时速度v1,v2,v3vnF.分别算出gmv2和mghn,在实验误差范围内看是否相等解析(1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守 恒，应测出第2点到第6点的距离h26,要计算第2点和第6点的速度v2和v6,必须测出第1点到第3点之间的距离hi3和第5点到第7点之间的距离h57,机械能守212恒的表达式为mgh26=mv6mv2.实验操作顺序为ADBCEF.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h57mgh26=；mv222第2点的瞬时速度v2第6点的瞬时速度v6（2）ADBCEF活页作业（时间:30分钟）.（20

12、18石榴高中月考）某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中 ，提出了 如图1所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验图1(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相 对较小的方案，你认为该小组选择的方案是,理由是(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图内所示，相邻两点之间的时间问 隔为0.02 s请根据纸带计算出B点的速度大小为 m/s.结果彳留3位有效 数字)(3)该小组内同学们根据纸带算出了相应点的速度，作出v2-h图线如图戊所示，请 根据图线计算出当地的重力加速度 g =m/8.(结果保留2位有效数字)

13、(4)采用甲方案时得到的一条纸带如图丁所示，现选取N点来验证机械能守恒定律. 下面是几位同学分别用不同方法计算N点的速度，其中正确的是.A.VN = gnTB.VN = g(n1)TSn+Sn+1dn+1 dn 1C.vn2tD.vn 2t解析(2)匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度xAC 12.40 cm 6.93 cm大小用此有如=亓=ax。.。？ s=37 m/s. 1v2 3 883.88所以 k：/，(3)由机械能守恒mgh=mv2得v?= 2gh,由止匕可知：图象的斜率k=2g,由此可以求出当地的重力加速度，由题图可知，当h = 20 cm时,v2= 19

14、.4，所以 g = 9.7 m/s2.答案(1)甲 采用乙方案时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略， 所以小车在下滑的过程中机械能不守恒(2)1.37 (3)9.7 (4)CD2.(2017南京、盐城一模)在用“落体法”做“验证机械能守恒定律”的实验时.小明选择一条较为满意的纸带，如图2甲所示他舍弃前面密集的点，以O为起点, 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A.选用铁质重锤B.安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上C.释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直D.重锤下落中手始终提住纸带上端，保持纸带竖直(2)打B点时，重锤的速度vb为.(3)小

15、明用实验测得数据画出的v2h图象如图乙所示.图线不过坐标原点的原因是(4)另有四位同学在图乙的基础上，画出没有阻力时的v2h图线，并与其比较，其中 正确的是.解析(1)重锤的密度要大，体积要小,选项A正确；两限位孔在同一竖直线上和手 提纸带上端使纸带竖直，都可以减小纸带与打点计时器间的摩擦，选项B、C正确;手始终提着纸带，纸带就不是落体运动，选项D错误.(2)重锤做匀变速直线运动，某段时间内中间时刻的速度等于这一段的平均速度h3 hi(h3hi) f有 vb = -2T- =2, (3)纸带中的O点不是纸带上第一个点，打O点时重锤的速度不为零.有无阻力时，打O点时重锤的速度都不为零，选项A、C

16、错误；无阻力时的打O 点时的速度大于有阻力时打 O点时的速度，选项B正确,D错误.答案 (1)ABC (2)(h32h f (3)打O点时重锤速度不为零(4)B 3.(2018江苏省扬州市高三第一次模拟考试)某同学用如图3甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”.通过电磁铁控制的铁质小球从 A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，记录的挡光时间为t,用刻度尺测出A、B之间的距离为h,用游标卡尺测得小球的直径为d(d h).重力加速度为g.实验前应调整光电门位置，使小球在下落过程中球心通过光电门中的激光束 .图3(1)如图乙所示，游标卡尺的读数d =mm.(2)小球通过光电门时的速度表达式v =

17、(用题中所给字母表示).、 1(3)改变A、B|h的距离h,多次实验,作出的h1图象为一条过坐标原点的倾斜直线,该同学据此作出判断，小球在下落过程中机械能守恒.你认为其判断依据是否 正确，并说明理由.解析 (1)游标卡尺读数为4 mm+ 12X0.05 mm=4.60 mm.(2)小球通过光电门的时间很短，可认为平均速度等于瞬时速度将出速度表达式d t.(3)根据机械能守恒有12mgh=?mv =1 d2m t2d2人，得出h=2gp，除了看出1一八hF图象是条过原点的直线，还需验证斜率的大小一、d答案 (1)4.60 (2)-不正确应利用图线求出斜率k,若在误差允许范围内k=点,则小球机械能

18、守包4.(2018盐城卞K拟)某课外活动小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律.某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径，读数如图4甲所示，小球直径为 cm用如图乙所示弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A、B,计时装置测出小球通过 A、B的时间分别为2.55 ms、5.15 ms,由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为va、vb,其中va=m/s.(2)用刻度尺测出光电门 A、B间的距离h,已知当地的重力加速度为g,只需比较是否相等，就可以验证机械能是否守恒(用题目中涉及的物理量 符号表示).(3)通过多次的实验发现，小球通过光电门A的时间越短，(2)中要验证的两数值差d解析 （1）

19、小球的直径为 10 mm + 0.05X 4 mm= 10.20 mm= 1.020 cm.VA=1= tA1.02X10- 2 o m/s=4.0 m/s.2.55X10- 3 (2)若动能的减小量和重力势能的增加量相等，机械能守恒，重力势能的增加量为221c 1VA vB一.mgh,动能的减小重为mvA mvB.则验证ghfty-y是否相等.由于受到阻力作用，小球通过光电门A的时间越短，知速度越大，阻力越大.答案 (1)1.020 4.0(4或4.00也算对) 22(2)gh和，y (3)速度越大 ，所受阻力越大5.(2018南通市三模)用图5甲所示的实验装置验证机械能守恒定律.气垫导轨上

20、A 处安装了一个光电门，滑块上固定一遮光条，滑块用绕过气垫导轨左端定滑轮的细 线与钩码相连，每次滑块都从同一位置由静止释放，释放时遮光条位于气垫导轨上 B位置的上方.图5(1)某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示，则d=mm.实验中，接通气源，滑块由静止释放后，由数字计时器读出遮光条通过光电门的 时间为t,测得滑块质量为M,钩码质量为m,A、B间的距离为L.在实验误差允许范 围内,钩码减小的重力势能mgL与 州直接测量的物理量符号表示)相等,则机械能守恒.(3)下列不必留的一项实验要求是(请填写选项前对应的字母). A.滑块必须由静止释放B.应使滑块的质量远大于钩码的质量C.已知当地

21、重力加速度D.应使细线与气垫导轨平行(4)分析实验数据后发现，系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能，原因是解析（1）游标卡尺读数为2.0 mm+ 0.05X 14 mm=2.70 mm.(2)滑块由静止释放，初速度为零，末速度为v=(若机械能守恒，则减小的重力势能 等于增加的动能，有mgL=2(m+M)v2，即 mgL= 2(m+ M).由(2)可知,验证的是系统的机械能守恒,B项不必要.系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能，表明有其他能转化为动能，可 能是气垫导轨右端偏高，滑块重力做功.(m+M) d2-答案 (1)2.70 二一22 (3)B (4)气垫导轨右端偏图 6.用图6装置来验证机械能守恒定律：光滑圆弧末端B与桌面边缘水平相切，实验 步骤如下：图6在木板上用图钉固定好白纸和复写纸，然后按图安装好实验装置.让小球从斜槽顶端由静止释放，