2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí) 第五單元 功和能 第6節(jié) 實(shí)驗(yàn)七 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案 新課標(biāo)（北京專版）.doc

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2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí) 第五單元 功和能 第6節(jié) 實(shí)驗(yàn)七 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案 新課標(biāo)（北京專版） 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 鐵架臺(tái)(含鐵夾)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)生電源，紙帶，復(fù)寫紙，導(dǎo)線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾)。 1．儀器安裝 按圖實(shí)－7－2所示將檢查、調(diào)整好的 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，接 好電路。 圖實(shí)－7－2 2．打紙帶 將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方。先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復(fù)做3～5次實(shí)驗(yàn)。 (1)實(shí)驗(yàn)控制條件，即應(yīng)滿足機(jī)械能守恒的條件，這就要求 盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有： ①安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎 直，以減小摩擦阻力。 ②應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的 影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力 減小。 1．偶然誤差 偶然誤差的來(lái)源主要來(lái)源于測(cè)量，減小測(cè)量誤差的辦法，一是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)下落高度測(cè)量完，二是多測(cè)幾次取平均值。 圖實(shí)－7－5 圖實(shí)－7－5 [例1]　利用如圖實(shí)－7－6所示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測(cè)量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h。某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案： 圖實(shí)－7－6 [答案]　d [例2]　用如圖實(shí)－7－7所示的裝置驗(yàn)證 機(jī)械能守恒定律，質(zhì)量m kg的重物拖著紙 帶由靜止開始下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上 打出一系列點(diǎn)，在紙帶上選取三個(gè)相鄰計(jì) 數(shù)點(diǎn)A、B、C，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為0.1 0 s，O是重物剛開始下落時(shí)打下的第一個(gè) 點(diǎn)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖實(shí)－7－8所示。 圖實(shí)－7－7 (g取9.8 m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖實(shí)－7－8 (1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)的速度v＝________ m/s； (2)在打點(diǎn)O到B的過(guò)程中，重物動(dòng)能的增加量ΔEk＝________ m J，重物重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝_______ m J； (3)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有________。(寫出兩個(gè)原因即可) 重物重力勢(shì)能的減少量： ΔEp＝mghOB＝5.3m J。 (3)空氣阻力；紙帶受到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力作用；用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差(任選其二)。 [答案]　(1)3.2　(2)5.1　5.3　(3)見解析 [例3]　(xx海南高考)現(xiàn)要通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn) 證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)－ 7－9所示：水平桌面上固定一傾斜的氣 墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長(zhǎng)方形遮 光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過(guò)輕 質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連； 圖實(shí)－7－9 遮光片兩條長(zhǎng)邊與導(dǎo)軌垂直；導(dǎo)軌上B點(diǎn)有一光電門，可以測(cè)量遮光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí) 的擋光時(shí)間t。用d表示A點(diǎn)到導(dǎo)軌底端C點(diǎn)的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，s表示A、B兩點(diǎn)間的距離，將遮光片通過(guò)光電門的平均速度看作滑塊通過(guò)B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作圖： 圖實(shí)－7－10 (2)第1和第5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)及所作直線如圖所示。 直線的斜率約為k＝2.36104m－1s－2。 [每課一測(cè)] 1．下列關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差的說(shuō)法中，正確的是(　　) A．重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會(huì)造成較大誤差 B．重物質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差 C．重物質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差 D．紙帶下落和打點(diǎn)不同步不會(huì)影響實(shí)驗(yàn) 解析：驗(yàn)證機(jī)械能守恒，即驗(yàn)證減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能即mgh＝mv2，其中質(zhì)量可以約去，沒(méi)必要測(cè)量重物質(zhì)量，A不正確。當(dāng)重物質(zhì)量大一些時(shí)，空氣阻力可以忽略，B正確，C錯(cuò)誤。紙帶先下落而后打點(diǎn)，此時(shí)，紙帶上最初兩點(diǎn)的點(diǎn)跡間隔較正常時(shí)略大，用此紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)果是重物在打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)就有了初動(dòng)能，因此重物動(dòng)能的增加量比重物重力勢(shì)能的減少量大，D錯(cuò)誤。 答案：B 2．有4條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(所用交流電頻率為50 Hz)打出的紙帶A、B、C、D，其中一條是做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的。為找出該紙帶，某同學(xué)在每條紙帶上取了點(diǎn)跡清晰的、連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)，用刻度尺測(cè)出相鄰兩個(gè)點(diǎn)間距離依次為s1、s2、s3。請(qǐng)你根據(jù)下列s1、s2、s3的測(cè)量結(jié)果確定該紙帶為(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.791 m/s2)(　　) A．61.0 mm　65.8 mm　70.7 mm B．41.2 mm　45.1 mm　53. 0mm C．49.6 mm　53.5 mm　57.3 mm D．60.5 mm　61.0 mm　60.6 mm 解析：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律采用重錘的自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，所以相鄰的0.02 s內(nèi)的位移增加量為Δs＝gT2＝9.7910.022 mm≈3.9 mm，只有C符合要求。故選C。 答案：C 3.某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，圖實(shí)－7－11中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過(guò)計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?0 m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2 kg，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)： 時(shí)刻 t2 t3 t4 t5 速度(m/s) 5.59 5.08 4.58 (1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5＝________ m/s。 (2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增加量ΔEp＝________J，動(dòng)能減小量ΔEk＝________J。 圖實(shí)－7－11 (3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得ΔEp________ΔEk(選填“>”“<”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要原因是________________。 解析：(1)v5＝ cm/s＝408 cm/s＝4.08 m/s。 (2)由題給條件知： h25＝(26.68＋24.16＋21.66) cm＝72.5 cm＝0.725 m。 ΔEp＝mgh25＝0.2100.725 J＝1.45 J ΔEk＝mv22－mv52＝0.2(5.592－4.082)J＝1.46 J (3)由(2)中知ΔEp<ΔEk，因?yàn)榇嬖诳諝饽Σ恋仍颍瑢?dǎo)致重力勢(shì)能的增加量小于動(dòng)能的減少量。 答案：(1)4.08　(2)1.45　1.46　(3)<　原因見解析 4．DIS實(shí)驗(yàn)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。老師上課時(shí)“用DIS研究機(jī)械能守恒定律”的裝置如圖實(shí)－7－12甲所示，在某次實(shí)驗(yàn)中，選擇DIS以圖像方式顯示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，所顯示的圖像如圖乙所示。圖像的橫軸表示小球距D點(diǎn)的高度h，縱軸表示擺球的重力勢(shì)能Ep、動(dòng)能Ek或機(jī)械能E。試回答下列問(wèn)題： 圖實(shí)－7－12 (1)圖乙的圖像中，表示小球的重力勢(shì)能Ep、動(dòng)能Ek、機(jī)械能E隨小球距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線分別是________(按順序填寫相應(yīng)圖線所對(duì)應(yīng)的文字)。 (2)根據(jù)圖乙所示的實(shí)驗(yàn)圖像，可以得出的結(jié)論是___________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)小球由A到D過(guò)程中重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，由題圖乙的圖像知機(jī)械能總量不變，故表示小球的重力勢(shì)能Ep、動(dòng)能Ek、機(jī)械能E隨小球距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線分別是乙、丙、甲。 (2)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知：在誤差允許的范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機(jī)械能守恒。 答案：(1)乙、丙、甲 (2)在誤差允許的范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機(jī)械能守恒 5．某研究性學(xué)習(xí)小組在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2。測(cè)得所用重物的質(zhì)量為1.00 kg。 (1)下面敘述中正確的是________。 A．應(yīng)該用天平稱出重物的質(zhì)量 B．可選用點(diǎn)跡清晰，第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2 mm的紙帶來(lái)處理數(shù)據(jù) C．操作時(shí)應(yīng)先松開紙帶再通電 D．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為4～6 V的交流電源上 (2)實(shí)驗(yàn)中甲、乙、丙三學(xué)生分別用同一裝置得到三條點(diǎn)跡清晰的紙帶，量出各紙帶上第一、二兩點(diǎn)間的距離分別為0.18 cm、0.19 cm、0.25 cm，則可肯定________同學(xué)在操作上有錯(cuò)誤，錯(cuò)誤是________。若按實(shí)驗(yàn)要求正確地選出紙帶進(jìn)行測(cè)量，量得連續(xù)三點(diǎn)A、B、C到第一個(gè)點(diǎn)O間的距離分別為15.55 cm、19.20 cm和23.23 cm。則當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)B時(shí)重物的瞬時(shí)速度v＝________ m/s；重物由O到B過(guò)程中，重力勢(shì)能減少了________J，動(dòng)能增加了________J(保留3位有效數(shù)字)，根據(jù)所測(cè)量的數(shù)據(jù)，還可以求出重物實(shí)際下落的加速度為________m/s2，則重物在下落的過(guò)程中所受到的阻力為________N。 解析：(1)本實(shí)驗(yàn)中只需驗(yàn)證gh與的關(guān)系，不需要測(cè)重物質(zhì)量，操作時(shí)應(yīng)先接通電源再松開紙帶，可選用點(diǎn)跡清晰，第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2 mm的紙帶來(lái)處理數(shù)據(jù)，A、C錯(cuò)，B、D對(duì)。 (2)實(shí)驗(yàn)中理想的紙帶應(yīng)是點(diǎn)跡清晰，第一、二兩點(diǎn)間的距離略小于2 mm的紙帶，所以丙錯(cuò)誤，錯(cuò)誤在于操作中先松開了紙帶，再接通了電源，致使紙帶上第一、二兩點(diǎn)間間距增大。利用公式vn＝可計(jì)算出打點(diǎn)B時(shí)重物的瞬時(shí)速度為1.92 m/s。重物由O到B過(guò)程中，重力勢(shì)能減少了ΔEp＝mgh＝1.009.819.2010－2 J＝1.88 J；動(dòng)能增加了ΔEk＝mv2＝1.84 J，由Δh＝aT2可求出重物實(shí)際下落的加速度為a＝9.5 m/s2，由牛頓第二定律知重物在下落的過(guò)程中所受到的阻力滿足mg－F阻＝ma，所以F阻＝0.3 N。 答案：(1)BD　(2)丙　先松開了紙帶，再接通了電源　1.92　1.88　1.84　9.5　0.3 6．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖實(shí)－7－13所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。 圖實(shí)－7－13 (1)實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)如圖實(shí)－7－14所示(經(jīng)放大后的)，游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度d＝________ cm；實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間Δt＝1.210－2s，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為________ m/s。在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、________和________(文字說(shuō)明并用相應(yīng)的字母表示，g為已知)。 圖實(shí)－7－14 (3)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較________和________在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等(用測(cè)量的物理量符號(hào)表示)，從而驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。 解析：(1)檢驗(yàn)氣墊導(dǎo)軌底座是否水平時(shí)，可以先接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊在導(dǎo)軌上各個(gè)位置均能靜止時(shí)，說(shuō)明導(dǎo)軌是水平的。 (2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為d＝5 mm＋0.1 mm2＝5.2 mm＝0.52 cm；滑塊通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為v＝＝0.43 m/s；應(yīng)測(cè)出滑塊上的遮光條的初位置到光電門的距離x和滑塊的質(zhì)量M。 (3)系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量為mgx，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量為(M＋m)v2＝(M＋m)()2，若兩者相等時(shí)，可認(rèn)為系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。 答案：(1)接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊基本保持靜止，則說(shuō)明導(dǎo)軌是水平的(或取下鉤碼，輕推滑塊，滑塊基本能做勻速直線運(yùn)動(dòng))。 (2)0.52　0.43　滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離x　滑塊的質(zhì)量M (3)mgx　(M＋m)()2