物理202届高考与名师对话第一轮复习打包老师搜集

(对应学生P98)一、实验目的利用

落体运动验证只有重力作用下的物体机械能守恒．二、实验原理1．在只有重力做功的

落体运动中，物体的重力势能和动能相互转化，但总的机械能保持不变.

若高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了2．利用纸带计算速度的方法：如下图所示，则第n

个nv

＝nx

＋x＋n

12T或vn＝hn＋1－hn－12T.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，刻度尺，天平(也可不选)，重物．问题探究在计算n点的速度时，能否可以利用vn＝gnT计算求得？[提示]若利用公式vn＝gnT计算第n点的瞬时速度，说明物体下落的加速度为g，在此前提下机械能一定守恒，不需实验验证．所以本实验需要的物体在某一时刻的实际速度，应由纸带上的数据求解，而不是利用公式vn＝gnT计算求得．四、实验步骤测质量：用天平测出重物的质量m(也可不测)．安装置：按右图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．3．打纸带：将纸带的一端用计时器的限位孔用手提着纸带使重物固定在重物上，另一端穿过打点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

下落．更换纸带重复做3次～5次实验．4．选纸带：分两种情况说明122n

n(1)用

mv

＝mgh

验证时，应选点迹清晰，且

1、2

两点间距离略小于或接近

2

mm

的纸带.

若

1、2

两点间的距离大于

2

mm，这是由于先纸带，后接通电源造成的.

这样，第

1

个点就不是运动的起始点了这样的纸带不能选．1

12

22

2B

A(2)用

mv

－

mv

＝mgΔh

验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2

两点间的距离是否为2

mm

就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用．五、实验改进1．物体的速度可以用光电计时器测量，以减小由于测量和计算带来的误差．管和频闪整个实验装置可以放在真空的环境中操作，如用照相进行验证，以消除由于空气阻力作用而带来的误差．可以利用气垫导轨来设计该实验，以减小由于摩擦带来的误差．(对应学生

P98)要点一

误差分析本实验中因重物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ΔEk稍小于重力势能的减少量Δ

Ep，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差.减小误差的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值．要点二

注意事项1.应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力．应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小．2．实验中，提纸带 要保持不动，且保证纸带竖直.

接通电源后，打点计时器工作稳定后再松开纸带．是否相等即可验证机械能是否守恒．4．测量下落高度时，为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60

cm～80cm之间．1223．验证机械能守恒时，可以不测出物体质量，只要比较v

和ghn

n(2010·

新课标)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、带铁夹的重锤、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

_．(填入正确选项前的字母)A．米尺C．0～12

V的直流电源B．秒表D．0～12

V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有

．(写出两个原因)[解析](1)打点计时器使用的电源为交流电源，故应选取0～12V的交流电源，D正确；利用米尺测量纸带上各点间的距离．A正确．本实验中利用打点计时器作为计时工具，所以不需要秒表，B错误．(2)实验误差的来源主要是由于纸带在下滑的过程中需要克服摩擦力做功，以及用米尺测量数据时读数有误差．[答案]

(1)AD (2)纸带和打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差．(对应学生P98)题型一

实验数据的处理(1)求瞬时速度在第一个打点上标出O，并从稍靠后的某一点开始，依次标出1、2

3、4、…并量出各点到位置O

的距离h1、h2、h3、h4、….用公式vn＝h

－h＋

－n

1

n

12T1

2

3

4计算出各点对应的瞬时速度v

、v

、v

、v

、….(2)验证守恒122n

n方法一：利用起始点和第

n

点计算.

代入

gh

和

v

，如果在实验误122n

n差允许的范围内，gh

＝

v

，则说明机械能守恒定律是正确的．方法二：任取两点计算①任取两点A、B

测出hAB，算出ghAB.2B1

122

2A②算出

v

－

v

的值．12AB

B12

22A③如果在实验误差允许的范围内，gh

＝

v

－

v

，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，

1v2

为纵轴，以

h

为然后以2横轴，根据实验数据绘出1v2－h

图线.若在误差允许的范围内图象是一2条过原点且斜率为g

的直线，则验证了机械能守恒．例

1

用

落体法验证机械能守恒定律的实验中：mv2(1)运用公式

2

＝mgh

对实验条件的要求是

，为此所选择的纸带第

1、2

两点间的距离应接近

．(2)若实验中所用重物的质量

m＝1

kg.打点纸带

，打点时间间隔为

0.02 s，则记录

B

点时，重物速度

vB＝

＝

，

从开始下落起至

B

点时重物的重力势能减

，由此可得出的结论是

．v2(3)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以2

为纵轴、以

h

为横轴画出的图象应是如下图中的(

)[尝试解答]

(1)物体

下落时，在

0.02

s

内的位移应为1h＝1g

T2＝

×9.8×(0.02)2

m≈2

mm.2

2所以对实验条件的要求是打第一个点时重物的初速度为零．AC(2)vB＝

2T

＝31.4－7.8×10－32×0.02m/s＝0.59

m/s.此时重物的动能为21Ek＝1mv2

＝

×1×(0.59)2

J≈0.17

J.B

2重物的重力势能减少量为ΔEp＝mgh＝1×9.8×17.6×10－3

J≈0.17

J.故机械能守恒．0.17

J[答案]

(1)打第一个点时重物的初速度为零

2

mm

(2)0.59

m/s0.17

J

机械能守恒

(3)C2(3)由机械能守恒定律可知，mgh＝1mv2，即验证机械能守恒定律成12v2立，只需验证2v

＝gh

即可.如以纵坐标为2

、横坐标为h，则图象应为过原点，且斜率为g

的直线，故C

图正确．题型二

实验的拓展和迁移例2

某实验小组利用如下图所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？如下图所示(经放大后的)，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

，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt＝1.2×10－2

s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为

m/s.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)．(3)本实验通过比较

和

在实验误差允许的范围内是否相等(用测量的物理量符号表示)，从而验证系统的机械能守恒．[尝试解答]

本题以创新的物理情景来考查验证机械能守恒定律的实验，同时考查游标卡尺的读数.

游标尺的读数为

d＝

5

mm＋

0.1dmm×2＝5.2

mm＝0.52 cm；滑块通过光电门时的瞬时速度为v＝Δt＝0.52×10－21.2×10－2m/s＝0.43

m/s；系统重力势能的减少量为mgs，系统动能的增加量为1(m＋M)v2＝2

2d21(m＋M)( )

.Δt[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，则说明导轨是水平的(或取下钩码，轻推滑块，滑块基本能做匀速直线运动)．(2)0.52

0.43

滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离

s

滑块的质量

M(3)mgsd1(m＋M)(

)2

Δt2(对应学生

P99)1．关于验证机械能守恒定律实验的下列说法中，哪些是正确的(

)A．选用重物时，重的比轻的好B．选用重物时，体积小的比体积大的好

C．选取重物后，要称出它的质量D．重物所受的重力，应远大于它所受的空气阻力和纸带受到打点计时器的阻力[解析]在选取重物时，由于有空气阻力和摩擦阻力的存在，应该选取质量比较大的、体积比较小的重物，这样可以使重物的重力远大于它所受的空气阻力和纸带受到的打点计时器的摩擦阻力．[答案]

ABD2．(2010·

高考)利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由开始下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案．a．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt

计算出瞬时速度v.2gh计算出瞬时b．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝速度v.c．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前v22g后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度

v，并通过

h＝ 计算得出高度h.d．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v.以上方案中只有一种正确，正确的是

．(填入相应的字母)[答案]

d3．(2011·广州模拟)“验证机械能守恒定律”的实验可以采用下图所示的甲或乙方案来进行．比较这两种方案，

(选填“甲”或“乙”)方案好些，理由是

．图丙是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离，已知每两个计数点之间的时间间隔T＝0.1s，物体运动的加速度a＝

；该纸带是采用

(选填“甲”或“乙”)实验方案得到的.

简要写出判断依据

．(3)如下图丁是采用甲方案得到的一条纸带，在计算图中N点速度时，几位同学分别用下列不同的方法进行，其中正确的是(

)NA．v

＝gnTNB．v

＝nx

＋x＋n

12TNC．v

＝＋n

1d

－d—n

12TND．v

＝g(n－1)T[解析](1)机械能守恒的前提是只有重力做功，实际操作的方案中应该使摩擦力越小越好，所以甲方案好．(2)处理纸带数据时，为减小误差一般采用逐差法，得a＝4.8m/s2(4.7m/s2～4.9m/s2均可).该纸带是采用乙实验方案得到的，这是因为物体运动的加速度力加速度小很多．(3)匀变速运动中某一段的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.因为所取计时起点O的速度不一定为零，所以A、D错，B、C项对．[答案]

(1)甲

见解析(2)4.8

m/s2

乙

见解析

(3)B、C4．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m＝1.00kg的重物下落，打点计时器在纸带上打出一系列点.如上图所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点(速度恰好为零)，每两个计数点之间还有四个点未画出，选连续的3个计数点A、B、C作为测量的点，，经测量知道A、B、C各点到O点的距离分别为50.50cm、86.00cm、130.50cm.已知打点计时器每隔0.02s打一次点，当地的重力加速度g＝9.80

m/s2.根据以上数据，可计算出打B点时的速度vB＝

m/s；重物由O点运动到B点，重力势能减少了

J，动能增加了

J．根据所测量的数据，还可以求出物体实际下落的加速度为

m/s2，物体在从A到B下落的过程中所受到的平均阻力为

N(计算结果都要保留3位有效数字)，该阻力的来源主要有：

；

．[解析]

由于每两个相邻计数点之间还有4个点没有画出，所以每两个相邻计数点之间的时间间隔为

0.1

s，同时可求得：

AB

＝86.00

cm－50.50

cm＝35.50

cm＝0.3550

mBC

＝130.50

cm－86.00

cm＝44.50

cm＝0.4450

m根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得：AC OC

－

OAv

中＝

v

＝

2T

＝

2T

＝130.50－50.50×10－22×0.1m/s＝4.00

m/s，即vB＝4.00

m/s由

O

点运动到

B

点下落的距离为：sOB＝86.00cm＝0.86m，重力势能减少了

EPB＝mgh＝1.00×9.80×0.86

J＝8.43

J．根据求得的

B

点速度可得重物由

O

点运动到

B

点动能增加了

ΔEkOB

＝

1

mv2

＝

12

2×1.00×(4.00)2

J＝8.00

J．由Δx＝aT2

可求得纸带下落的加速度a＝

T2Δx＝BC

－

ABT20.09＝0.12m/s2＝9.00

m/s2.根据

第二定律得：mg－f＝ma.从A

到B

下落