高考物理第一轮复习（梳理整合探究突破巩固提升）专题实验6验证机械能守恒定律

实验6：考证机械能守恒定律一、实验目的考证机械能守恒定律。二、实验原理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变，但总的机械能守2助打点计时器，经过纸带测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的刹时速度v，即可考证机械能守恒定律。测定第n点的刹时速度的方法是：测出第n点相邻的前、后两段相等时间间隔T内下落的高度n－1和n＋1或用hn－1和hn＋1，尔后由公式vn＝错误!或由vn＝错误!可得vn以以下图。三、实验器材铁架台带铁夹、电磁打点计时器与低压交流电源或电火花打点计时器、重物带纸带夹子、纸带数条、复写纸片、导线、毫米刻度尺。四、实验步骤1．安装器材：以以下图，将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连，此时电源开关应为断开状态。2．打纸带：把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，用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方相邻，先接通电源，待计时器打点稳固后再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条3～5条纸带。3．选纸带：分两种情况说明mgh＝错误!mv2来考证，应选点迹清楚，1若选第1点O到下落到某一点的过程，即用且1、2两点间距离小于或凑近2mm的纸带，若1、2两点间的距离大于2mm，这是由于打点计时器打第1个点时重物的初速度不为零造成的如先释放纸带后接通电源等错误操作会造成此种结果。这样第1个点就不是运动的开头点了，这样的纸带不能够选。2用错误!mv错误!－错误!mv错误!＝mgΔh考证时，由于重力势能的相对性，办理纸带时选择适合的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离可否为2mm就没关紧迫了，因此只需后边的点迹清楚就能够采用。五、数据办理方法一：利用开头点和第n点计算代入mghn和错误!mv错误!，若是在实验误差赞同的条件下，mghn和错误!mv错误!相等，则考证了机械能守恒定律。方法二：任取两点计算1任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB。2算出错误!mv错误!－错误!mv错误!的值。在实验误差赞同的条件下，若mghAB＝错误!mv错误!－错误!mv错误!，则考证了机械能守恒定律。方法三：图象法从纸带上选用多个点，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，尔后以错误!v2为纵轴，以h为横轴，依照实验数据作出错误!v2h图线。若在误差赞同的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则考证了机械能守恒定律。六、误差剖析1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要战胜各样阻力如空气阻力、打点计时器阻力做功，故动能的增加量ΔE稍小于重力势能的减少量E80cm的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，能够测量遮光片经过光电门时的挡光时间t。用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，表示A、B两点间的距离，将遮光片经过光电门的平均速度看做滑块经过B点时的刹时速度。用g表示重力加快度。达成以下填空和作图：1若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为______，动能的增加量可表示为______。若在运动过程中机械能守恒，错误!与的关系式为错误!＝______。2多次改变光电门的地点，每次均令滑块自同一点A点下滑，测量相应的与t值。若是以下表所示：12345/mt/m错误!/104－2以为横坐标，错误!为纵坐标，在对应图2地点的坐标纸中描出第1和第5个数据点；依照5个数据点作直线，求得该直线的斜率＝______×104m－1·－2储藏三位有效数字。图2由测得的h、d、b、M和m数值能够计算出错误!直线的斜率0，将和0进行比较，若其差值在实验赞同的范围内，则可以为此实验考证了机械能守恒定律。解题要点：规律总结高考实验题多是对教材实验或常有练习题进行器材和装置的调动而成，解决此类问题的思路是从机械能守恒的方程出发，依照实验题目的要求，进行实验的设计或有关量的测量。命题研究三、改良创新实验【题例3】2022·江苏苏北四星级高中联考用如图实验装置考证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，对纸带上的点迹进行测量，即可考证机械能守恒定律。以以下图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，计数点间的距离以以下图。已知m1＝50g、m2＝150g，则g取9.8m/2，全部结果均储藏三位有效数字。1在纸带上打下计数点5时的速度v5＝____m/；2在打点0～5过程中系统动能的增量E＝________J，系统势能的减少量ΔE/2。解题要点：规律总结创新性或设计性实验的解决步骤：1．找原型：把教材中的实验原型或许有关的物理理论知识在脑筋中完满、正确地重现出来；2．找差别：将实验中所给器材与实验原型中器材进行对照，看一下少了什么器材或什么器材的量程不知足要求，再看一个“多”给了什么器材，注意“多给”的器材经常就是解决问题的金钥匙；3．定原理：实验设计的要点在于实验原理的设计，它是进行实验的依照和起点，它决定了应采用或还需要哪些实验器材，应测量哪些物理量，怎样编排实验步骤，而实验原理的设计又经常依靠于所供应的实验器材条件和实验要求，它们相辅相成，互为条件；4．定方案：依照与原型实验对照的结果和确定的实验原理与器材，确定需要测量的物理量，来确定实验方案与步骤。在做考证机械能守恒定律实验时，发现重物减少的重力势能老是大于重物增加的动能，造成这类现象的原因是A．采用的重物质量过大B．重物质量测量严禁C．空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力D．实验时操作不太认真，实验数据测量不正确2．2022·山东济南模拟在考证机械能守恒定律的实验中，使质量为

m＝200g

的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选用一条切合实验要求的纸带以以下图。为纸带下落的开头点，A、B、C为纸带上选用的三个连续点。已知打点计时器每隔2个点，当地的重力加快度为g＝9.8m/，那么

OT＝打一1计算B点刹时速度时，甲同学用v错误!＝2gOB，乙同学用vB＝错误!。其中所选择方法正确的选项是____选填“甲”或“乙”同学。2同学丙想依照纸带上的测量数据进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力，为此他计算出纸带下落的加快度为______m/2，进而计算出阻力Ff＝______N。3若同学丁不慎将上述纸带从OA之间扯断，他仅利用A点此后的纸带可否实现考证机械能守恒定律的目的________。选填“能”或“不能够”3．2022·福建漳州五校联考某实验小组利用如图甲所示的实验装置来考证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。甲实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材怎样判断导轨可否水平________________________________________________________________________。2如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d＝________cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条经过光电门的时间t＝×10－2，则滑块经过光电门时的刹时速度为______m/。在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、____________和____________文字说明并用相应的字母表示。乙本实验经过比较________和______在实验误差赞同的范围内相等用测量的物理量符号表示，进而考证了系统的机械能守恒。4．2022·云南部分名校联考某研究性学习小组利用气垫导轨考证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔必然距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块m。3滑块的钩码Q相连，将滑块、g和d已知，要考证滑块和砝码组成的系统机械能可否守恒，还应测出________和________写出物理量的名称及符号。4若上述物理量间知足关系式____________，则表示滑块和砝码组成的系统机械能守恒。专题提炼升华功能关系应用指导本章内容是中学物理核心内容之一，是高考察看的要点章节。功、功率、动能、势能等看法的察看，常以选择题型察看。动能定理的综合应用，可能联合电场知识察看。动能定理和机械能守恒定律是高考察看的要点。功和能量的变换关系不只为解决力学识题开辟了一条重要路子，能量的看法、搜寻守恒量的方法同时也是剖析、解决电学、热学识题的重要方法。历年高考试卷中的综合问题均与功、能知识有关。2022年高考各样试卷中，本章内容占了较大的比重，山东卷的第16、19、22题；上海卷的第15、16、18、20、33题；北京卷的第22、23、24题此题占20分；江苏考卷的第20题占13分，广东卷的第17、36题此题占18分，上述33、24、36题均作为高考的压轴题出现在试卷中。高考对这一部分的察看经常结合牛顿运动定律、圆周运动、电磁学等知识点，高考取选择题、填空题、计算题均出现本讲内容的考题，高考经常以压轴题出现，这类题的共同特点是：过程多样复杂，信息容量大，综合性强，难度大。本部分的知识与生产、生活、最新科技相联合察看。一、对基本看法、基本规律的察看【例题1】2022·上海高考质量相等的均质娇嫩细绳A、B平放于水平川面，绳A较长。分别捏住两绳中点迟缓提起，直至全部走开地面，两绳中点被提升的高度分别为hA、hB，上述过程中战胜重力做功分别为WA、WB。若A．hA＝hB，则必然有WA＝WBB．hA>hB，则可能有WAhB，则必然有WA>WB解题要点：二、功能关系与连结体联合察看连结体的拟题在高考命题中由来已久，察看考生综合剖析能力，开初是多以平衡态下的连结体的题表现在卷面上，随着高考对能力要求的不断提升，近几年加强了对非平衡态下连结体的察看力度。三、办理连结体问题的基本方法在剖析和求解物理连结体命题时，第一碰到的要点之一，就是研究对象的选用问题。其方法有两种：一是隔断法，二是整体法。1．隔断体法含义：所谓隔断体法就是将所研究的对象——包括物体、状态和某些过程，从系统或全过程中隔断出来进行研究的方法。运用隔断法解题的基本步骤：①明确研究对象或过程、状态，选择隔断对象。选择原则是：一要包括待求量，二是所选隔断对象和所列方程数尽可能少。②将研究对象从系统中隔断出来；或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔断出来。③对隔断出的研究对象、过程、状态剖析研究，画出某状态下的受力求或某阶段的运动过程表示图。④搜寻未知量与已知量之间的关系，选择适合的物理规律列方程求解。2．整体法1含义：所谓整体法就是将两个或两个以上物体组成的整个系统或整个过程作为研究对象进行剖析研究的方法。运用整体法解题的基本步骤：①明确研究的系统或运动的全过程。②画出系统的受力求和运动全过程的表示图。③搜寻未知量与已知量之间的关系，选择适合的物理规律列方程求解。隔断法与整体法，不是互相对峙的，一般问题的求解中，随着研究对象的转变，经常两种方法交叉运用，相辅相成。因此，两种方法的弃取，并无绝对的界线，必定详细剖析，灵活运用。不论哪一种方法均以尽可能预防或减少非待求量即中间未知量的出现，如非待求的力，非待求的中间状态或过程等的出现为原则。【例题2】2022·福建理综如图，表面圆滑的固定斜面顶端安装必然滑轮，小物块A、B用轻绳连结并超出滑轮不计滑轮的质量和摩擦。初始时刻，A、B处于同一高度并碰巧处于静止状态。剪断轻绳后A下落、B沿斜面下滑，则从剪断轻绳到物块着地，两物块A．速率的变化量不相同B．机械能的变化量不相同C．重力势能的变化量相同D．重力做功的平均功率相同解题要点：四、功能关系与弹簧联合察看弹性势能虽是Ⅰ级要求，但对它的复习不能够够不以为然，因近来几年来的高考题中很多灾题都与弹性势能有关，弹性势能经常以隐含条件出现，作为交流物理过程的桥梁。如2022年四川理综的第21、24题；广东卷第34题2、36题。弹簧类命题打破要点是：1．弹簧的弹力是一种由形变而决定大小和方向的力。当题目中出现弹簧时，要注意弹力的大小与方向时刻要与当时的形变相对应。在题目中一般应从弹簧的形变剖析下手，先确定弹簧原长地点、现长地点，找出形变量与物体空间地点变化的几何关系，剖析形变所对应的弹力大小、方向，以此来剖析计算物体运动状态的可能变化。2．因弹簧特别是软质弹簧其形变发生改变过程需要一段时间，在刹时内形变量能够认为不变。因此，在剖析刹时变化时，能够以为弹力大小不变，即弹簧的弹力不突变。3．在求弹簧的弹力做功时，因该变力为线性变化，能够先求平均力，再用功的定义进行计算，也可据动能定理和功能关系：能量转变和守恒定律求解。同时要注意弹力做功的特点：W＝－错误!错误!－错误!错误!，弹力的功等于弹性势能增量的负值。弹性势能的公式E的小车若以速度v0撞击弹簧，将致使轻杆向右搬动错误!。轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且不计小车与地面的摩擦。若弹簧的劲度系数为，求轻杆开始搬动时，弹簧的压缩量；2求为使装置安全工作，赞同该小车撞击的最大速度v；m3讨论在装置安全工作时，该小车弹回速度v′和撞击速度v的关系。解题要点：方法点拨1轻杆开始搬动时，轻杆水平方向受力平衡。2小车以速度v0撞击弹簧，将致使轻杆向右搬动/4，与小车以最大速度撞击弹簧过程中战胜弹簧弹力做功相等，对小车弹簧和轻杆作为一个系统利用动能定理列方程解决。3轻杆不搬动时，系统无机械能损失，小车弹回速度与撞击速度大小相等；轻杆搬动时弹簧弹性势能最后全部转变为小车的动能，利用动能定理可解决。参照答案考向研究打破【题例1】答案：1D纸带和打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的地点时读数有误差剖析：1本实验需测量长度，但不需要计时，选项A、B错误；打点计时器需要用交流电源，选项C错误而D正确。摩擦和长度测量读数问题是产生误差的主要原因。2(Mhm)g【题例2】答案：1错误!－mg错误!＋错误!dMMm(Mm)b22作图看法析～均正确剖析：1滑块的重力势能减小Mg··错误!，砝码的重力势能增加mg·，故系统的重力势能的减小量为Mg··错误!－mg·＝M错误!－mg。滑块经过B点时的刹时速度v＝错误!，2系统动能的增加量为错误!M＋mv＝错误!M＋m错误!。若在运动过程中机械能守恒，则有M2(Mhm)g错误!－mg＝错误!M＋m错误!，则错误!＝dm)b2。(M2第1和第5个数据点及所作直线见以以下图。直线的斜率约为＝×104m－1·－2。【题例3】答案：123剖析：1T＝5×＝，打下计数点5时的速度v＝错误!＝错误!m/＝m/。52在打点0～5过程中系统动能的增量E＝错误!m1＋m2v错误!＝J；系统势能的减少量E－mgh＝××0＋0J＝J。213由机械能守恒定律得，2－1＝错误!1＋22，整理得，错误!＝错误!h，即图象斜mmghmmv率的2倍等于重力加快度g，由作出的错误!h图象，可求适合地的实质重力加快度g＝错误!m/2＝9.70m/2。操练稳固提升1．C剖析：重物质量大，能减小实验误差，选项A错误；本实验不用测出重物质量，选项B错误；空气阻力和打点计时器对纸带有阻力的作用，加快度小于重力加快度，选项C正确；实验操作不认真和测量数据不正确有可能造成重力势能的减少量小于动能的增加量，但本实验没有出现，应选项D错误。2．答案：1乙23能剖析：1重物下落过程中做自由落体运动，能够用、C两点间的平均速度表示B点的A刹时速度，因此乙同学的方法正确。2＝－/2＝9.5m/2＝－＝×－N＝N。T；FaBCABmgaf3能；依照纸带可求出纸带上随意两点的刹时速度v1和v2，不如设v1＞v2；利用刻度尺可直接测出这两点间的间距，设为，那么只需考证“错误!mv错误!＝mg＋错误!mv错误!”即“错误!v错误!＝g＋错误!v错误!”建立，即可实现考证机械能守恒定律的目的。3．答案：1接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的或轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动2滑块上的遮光条初始地点到光电门的距离滑块的质量M3mg错误!m＋M错误!2剖析：1接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的或轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动。2d＝5mm＋2×0.1mm＝5.2mm＝0.52cm；滑块经过光电门时的刹时速度为v＝d/t＝0.43m/；依照机械能守恒定律，应当知足“mg＝错误!m＋M错误!2”，因此本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、滑块上的遮光条初始地点到光电门的距离和滑块的质量M。3经过比较mg和错误!m＋M错误!2在实验误差赞同的范围内相等，进而考证了系统的机械能守恒。4．答案：1①②或①③2①③3好似：“对同一高度进行多次测量取平均值”；“选用受力后相对伸长量尽量小的绳”；“绳和滑轮尽量圆滑”等等。剖析：1经过连结在一同的A、B两物块考证机械能守恒定律，即考证系统的势能变化与动能变化可否相等，A、B连结在一同，A下降的距离必然等于B上涨的距离；A、B的速度大小老是相等的，故②③只测其中的一个即可，不需要测量绳子的长度。2若是绳子质量不能够忽略，则A、B组成的系统势能将有一部分转变为绳子的动能，从而为考证机械能守恒定律带来误差；若物块摇晃，则两物块的速度有差别，为计算系统的动能带来误差；两个物块质量差较大时，摩擦阻力对实验测量所带来的误差影响就会越小，故无需减小两物块的质量差。4．答案：1等于2在～之间均算对3滑块质量M两光电门间距离L4mgL＝错误!M＋m错误!2－错误!M＋m错误!2剖析：1t1＝t2时，说明滑块做匀速直线运动，滑块已经平衡了摩擦力。2螺旋测微器的读数即遮光条宽度d＝8mm＋×0.01mm＝8.476mm。3滑块经过两光电传感器、B时的速度大小分别为v1＝错误!和v2＝错误!，在滑块经A过传感器A、B的过程中，若滑块和砝码组成的系统机械能守恒，则应知足关系式＝错误!＋错误!2－错误!＋错误!2，可见，要考证滑块和砝码组成的系统机械mgLmMmM能可否守恒，还应测出滑块质量M，两光电门间距离L。