2022版高考物理一轮复习实验增分专题6验证机械能守恒定律学案

1、2021版高考物理一轮复习实验增分专题6验证机械能守恒定律学案PAGE PAGE 24实验六验证机械能守恒定律考纲要求考情分析命题趋势验证机械能守恒定律2017天津卷，9(2)2016全国卷，22本实验在全国高考考查频率较高，应给予足够重视，要理解其实验原理，注意该实验的改进创新，这也是高考的重点，要会根据机械能守恒定律灵活分析知识梳理夯实基础一、实验目的验证机械能守恒定律二、实验原理1在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为eq f(1,2)mv2，看它们在实验误差允许

2、的范围内是否相等，若相等，则验证了机械能守恒定律2计算打第n个点时速度的方法：如图所示，由公式可得第n个点的速度vneq f(hn1hn1,2T).三、实验器材铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)四、实验过程1安装置：按图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路2打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落更换纸带重复做35次实验3选纸带：在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起点标上0，以后各点依次标上1

3、、2、3、4用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3、h4五、数据处理1求瞬时速度由公式vneq f(hn1hn1,2T)可以计算出重物下落h1、h2、h3的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v32验证守恒方法一：利用起始点和第n点计算，代入ghn和eq f(1,2)veq oal(2,n)，如果在实验误差允许的范围内，ghneq f(1,2)veq oal(2,n)，则说明机械能守恒定律是正确的方法二：任取两点A、B测出hAB，算出ghAB和eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,2)voal(2,B)f(1,2)voal(2,A)的值，如果在实验误差允许的范围内，ghABeq f(

4、1,2)veq oal(2,B)eq f(1,2)veq oal(2,A)，则说明机械能守恒定律是正确的方法三：图象法，从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以eq f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出eq f(1,2)v2h图线若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒六、误差分析1系统误差：本实验中因重锤和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量Ek稍小于重力势能的减少量Ep，即EkEk，所以空气阻力会造成EpEk，但表中为EkEp，因此不同意他的观点(4)钢

5、球球心和遮光条都绕悬点做圆周运动，但运动半径不同，因此分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，遮光条在光电门处的速度veq f(d,t)，则钢球的速度veq f(v,L)l，可以减小表中差异对应演练迁移运用1.如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图现有的器材为带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带夹子的重锤、天平回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_AD_.(填入正确选项前的字母)A刻度尺 B秒表C012 V的直流电源 D012 V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有_纸带和打点计时器之间有摩擦；用刻度尺测量长度时读数有误差_.(写出两个原因)解析本实验需测量

6、长度，但不需要计时，选项A正确，B错误；打点计时器需要用交流电源，选项C错误，选项D正确(2)摩擦和长度测量读数问题是产生误差的主要原因2小张同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，小李同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验(1)图甲中A、B、C、D、E表示部分实验器材，小张同学需要在图中选用的器材_AB_；小李同学需在图中选用的器材_BDE_.(用字母表示)(2)小李同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图所示的两条纸带和.纸带_的加速度大(选填“”或“”)，其加速度大小为_2.5_m/s2(2.32.7_m/s2均可)_.解析(1)要采用落体法做“验证机械能守恒定律”实验，需要下

7、落的重物A和计时用的打点计时器B；要做“探究加速度与力、质量关系”实验，需要研究对象小车D，拉动小车的钩码E及计时用的打点计时器B(2)纸带的加速度大小为a1eq f(x5x4x3x2,4T2)eq f(38.1034.2034.2030.70102,40.022) m/s22.5 m/s2，纸带的加速度大小为a2eq f(x5x4x3x2,4T2)eq f(35.9032.3532.3529.00102,40.022) m/s21.25 m/s2，因此纸带的加速度大，大小为2.5 m/s2.3(2017上海浦东模拟)用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒m2从高处由静止开始

8、下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律如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个点(图中未标出)，所用电源的频率为50 Hz，计数点间的距离如图乙所示已知m150 g、m2150 g，则：(结果均保留两位有效数字)(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5_2.4_m/s；(2)在打下第0点到打下第5点的过程中系统动能的增量Ek_0.58_J，系统重力势能的减少量Ep_0.60_J；(取当地的重力加速度g10 m/s2)(3)若某同学作出eq f(1,2)v2h图象如图丙所示，则当地的重力加速度g_9.7_m/s2

9、.解析(1)v5eq f(21.6026.40102,0.12) m/s2.4 m/s，(2)Ekeq f(1,2)(m1m2)veq oal(2,5)00.58 J，Epm2gh5m1gh50.60 J.(3)由(m2m1)gheq f(1,2)(m1m2)v2知eq f(v2,2)eq f(m2m1gh,m1m2)，即图线的斜率keq f(m2m1g,m1m2)eq f(5.82,1.20)，解得g9.7 m/s2.4利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的_A_.A动能变化量与势能变化量B速度变化量与势能变化量C速度变化量与高度变化

10、量除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_AB_.A交流电源B刻度尺C天平(含砝码)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量Ep_mghB_，动能变化量Ek_eq f(1,2)meq blc(rc)(avs4alco1(f(hChA,2T)2_.大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是_C

11、_.A利用公式vgt计算重物速度B利用公式veq r(2gh)计算重物速度C存在空气阻力和摩擦阻力的影响D没有采用多次实验取平均值的方法某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒请你分析论证该同学的判断依据是否正确解析只需要比较重物下落过程中，任意两点间的动能变化量与势能变化量是否相等，即可验证机械能是否守恒，故选A打点计时器需要接交流电源，故选A；还需要用刻度尺测量重物下落的高度，故还要选B从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少mghB，变化量为mghB；打B点的速度vBeq f(hChA,2T)，动能Ekeq f(mvoal(2,B),2)，联立解得Ekeq f(1,2)meq blc(rc)(avs4alco1(f(hChA,2T)2，故动能变化量EkEk0eq f(1,2)m(eq f(hChA,2T)2.由于存在空气阻力和摩擦阻力的影响，导致重力势能的减少量大于动能的增加量，产生系统误差，多次实验取平均值无法消除系统误差，故选项C正确在重物下落h的过程中，若阻力Ff恒定，由动能定理得，mghFfheq f(mv2,2)，解得v22(geq