1、2019物理高考二轮学案第5 章验证机械能守恒定律实验注意事项 ：认真阅读理解，结合历年的真题，总结经验，查找不足！重在审题，多思考，多理解！无论是单选、多选还是论述题，最重要的就是看清题意。在论述题中， 问题大多具有委婉性， 尤其是历年真题部分，在给考生较大发挥空间的同时也大大增加了考试难度。考生要认真阅读题目中提供的有限材料，明确考察要点， 最大限度的挖掘材料中的有效信息，建议考生答题时用笔将重点勾画出来，方便反复细读。 只有经过仔细推敲，揣摩命题老师的意图，积极联想知识点，分析答题角度，才能够将考点锁定，明确题意。实验目的利用自由落体运动验证在只有重力作用情况下的物体机械能守恒、实验原理
2、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_保持不变、假设物体某时刻的瞬时速度为v，下落高度为h，那么重力势能的减少量为 _，动能的增加量为_，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，假设相等那么验证了机械能守恒定律、2、计算打第n 个点时速度的方法：测出第n 个点与相邻前后点间的距离hn1 hn1xn 和xn 1，由公式vn_ 或vn2T算出，如图1 所示、图 1实验器材铁架台 ( 含铁夹 ) ，打点计时器，_，纸带，复写纸，导线，_，重物 ( 带纸带夹 ) 、实验步骤图 21、安装、准备：按如图2 装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接
3、好、把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过计时器限位孔，竖直提起纸带使重物停靠在_ 、2、打纸带：先_ ，后 _ ，让重物带着纸带自由下落，这样计时器就在纸带上打下了一系列点，更换纸带重复上述步骤做35 次实验、3、选纸带：分两种情况来说明用手1(1) 用2mv2 mgh来验证时， 应选点迹清晰， 且1、2 两点间距离小于或接近2mm的纸带、假设 1、 2 两点间的距离大于 2mm，这是由于先释放纸带，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、112 2(2) 用2mvB 2mvA mg h ，由于重力 能的相 性， 理 ， 适当的点作 基准点， 上打出的
4、第1、 2 两点 的距离是否 2mm就无关 要了，所以只要后面的点迹清晰就可 用、数据 理在起始点 上0，在以后各点依次 上1、 2、 3、用刻度尺 出 下落高度h1、h 、 h 、23利用公式 vnhn 1 hn 11、点 2、点 3、的瞬 速度v1、 v2、 v3、2T 算出点用以下三种方法 行 ：1方法一：利用起始点和第2ghnn 点 算、代入 ghn 和 2vn，如果在 差允 的条件下12 2vn，那么机械能守恒定律是正确的、方法二：任取两点 算、(1) 任取两点 A、 B 出 hAB，算出 ghAB.112 2(2) 算出 2vB 2vA的 、1 1(3) 假 在 差允 的条件下gh
5、AB 2v2B 2v2A，那么机械能守恒定律是正确的、方法三： 象法、从 上 取多个点， 量从第一个点到其余各点的下落高度h，并11 算各点速度的平方v2，然后以 2v2 ，以 h 横 ，根据 数据画出2v2 h 图 、假 在 差允 的条件下， 象是一条 原点且斜率 g 的直 ， 那么 了机械能守恒、考前 知1、安装打点 器 要 直架 ，使两限位孔在同一 直平面内以减少摩擦阻力、2、重物 用 量大、体 小、密度大的材料、3、 先接通 源， 打点 器正常工作后，再松开 重物下落、4、 度 用60cm左右 宜， 用点迹清晰的 行 量、5、速度不能用 vngt n 或 vn2ghn 算，因 只要 加
6、速度 g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律 机械能守恒定律，况且用vn gt n 算出的速度比 大， 会得出机械能增加的 ，而 上因 受摩擦阻力的影响，机械能 减小，所以速度 从 上直接 量 算、同 的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直12vn2接 量，而不能用 hn 2gt n或 hn 2g 算得到 . 型一 原理与步 【例 1】用如 3 所示图 36V 的交流的实验装置验证机械能守恒定律、实验所用的电源为学生电源，输出电压为电和直流电两种、 重物从高处由静止开始下落，重物拖着纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律、(1) 下面列举了该实验的几个操作
7、步骤：A、按照图示的装置安装器件；B、将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C、用天平测量出重物的质量；D、释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E、测量打出的纸带上某些点间的距离；F、根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能、其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是_、 ( 将其选项对应的字母填在横线处 )(2) 利用这个装置也可以测量重物下落的加速度a 的数值、如图4 所示，根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出 A 点距起始点O的距离为x0，点C间的距离为x1，点 C、E 间的距离为x2，使用交流电的频率为f ，根据这些条件计算
8、重物下落的加速度a _.A、图 4(3) 在上述验证机械能守恒定律的实验中发现，重物减小的重力势能总是大于重物增加的动能， 其原因主要是重物下落的过程中存在阻力作用， 可以通过该实验装置测定该阻力的大小、假设当地重力加速度公认的较准确的值是 g，还需要测量的物理量是：_. 试用这些物理量和上图纸带上的数据符号表示出重物在下落的过程中受到的平均阻力为F _. 规范思维 题型二实验数据的处理【例2】 (2017 如皋统考 ) 在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m1.00 kg 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点、如图5 所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O 为第一个点 (
9、 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50.50 cm、86.00 cm、130.50 cm. 打点计时器每隔0.02 s 打一次点， 当地的重力加速度g 9.80 m/ s2.图 5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：(1
10、)_ ；(2)_.1、在做验证机械能守恒定律实验时，发现重物减少的势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的原因是 ()A、选用的重物质量过大B、重物质量测量不准C、空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力D、实验时操作不太仔细，实验数据测量不准确图 62、 (2017 湖南理综 ) 图 6 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、回答以下问题(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 B、 秒表C、012V 的直流电源D、0 12V的交流电源(2) 实验中误差产生的原因有
11、 _.(写出两个原因 )图 73、 (2017 安徽理综 ) 利用图 7 所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由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.B、用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v2gh计算出瞬时速度、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后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度，并通过计算得出高度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
12、的平均速度，测算出瞬时速度v.以上方案中只有一种正确，正确的选项是_、 ( 填入相应的字母)图 84、 (2017 陕西西安地区联考) 在“验证机械能守恒定律”的实验中：(1) 某同学用图8 所示装置进行实验，得到图9 所示的纸带，测出点A、 C 间的距离为214.77 cm，点 C、 E 间的距离为16.33 cm，当地重力加速度为9.8 m/ s ，打点计时器所用交流电源的频率为 50Hz，重锤的质量为 m 1.0 kg，那么重锤在下落过程中受到的平均阻力大小 Ff _.图 9(2) 某同学上交的实验报告显示重锤增加的动能略大于重锤减少的重力势能，那么出现这一问题的原因可能是 _( 填序号
13、 ) 、A、重锤的质量测量错误B、该同学自编了实验数据C、交流电源的频率不等于50HzD、重锤下落时受到的阻力过大5、( 全国高考 22) 如图 10 所示， 两个质量各为 m1 和 m2 的小物块 A 和 B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端， m1m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律、(1) 假设选定物块A 从静止开始下落的过程进行测量，那么需要测量的物理量有_、图 10物块的质量m1、m2；物块 A 下落的距离及下落这段距离所用的时间；物块 B 上升的距离及上升这段距离所用的时间；绳子的长度、(2) 为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：绳的质量要轻；在“轻质绳”的
14、前提下，绳子越长越好；尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；两个物块的质量之差要尽可能小、以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_.(3) 写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：_.图 116、某同学利用如图11 所示的实验装置验证机械能守恒定律，弧形轨道末端水平，离地面的高度为 H，将钢球从轨道的不同高度 h 处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为 x.(1) 假设轨道完全光滑，x2 与 h 的理论关系应满足x2 _( 用 H、 h 表示 ) 、(2) 该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：h(10 1m)2.003.004.005.006.002 1 22.6
15、23.895.206.537.78x (10m)请在图 12 给出的坐标纸上作出x2 h 关系图、图 12(3) 对比实验结果与理论计算得到的x2 h 关系图线 ( 图中已画出 ) ，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率_( 填“小于”或“大于”) 理论值、7、 (2017 珠海模拟) 在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m1.00 kg 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图13 所示、 O为第一个点， A、B、C 为从合适位置开始选取连续点中的三个点、打点计时器每隔0.02 s 打一个点，当地的重力加速度为g 9.80 m/ s2
16、 ，那么：图 13(1) 根据图上所得的数据，应取图中O点到 _点来验证机械能守恒定律；(2) 从 O 点到 (1) 问中所取的点，重物重力势能的减少量Ep_J，动能增加量Ek _J( 结果取三位有效数字) ；(3) 假设测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v 及物体下v2落的高度 h，那么以 2 为纵轴，以h 为横轴画出的图象是下图中的_、实验学案25 验证机械能守恒定律【基础自主落实】实验原理1 xn xn121、机械能mgh mv2.T22实验器材学生电源毫米刻度尺实验步骤1、打点计时器附近2. 接通电源松开纸带【热点题型精析】f 2f 22f 2x2 x1x2 x
17、1x1x2例 1(1)BCD(2)4(3)重物的质量 mmg4 或 m g 32x0x1 1解析 (1) 因本实验中是通过比较重物的重力势能减小量2mgh和动能 2mv增加量的大小来nn达到验证的目的，对于同一个研究对象( 重物 ) 来说，质量是一定的，故只需比较n 和gh12C是没必要的、选项B、 D是错误的，应将打点计时器接到电源2vn就能达到目的，选项的“交流输出”上；释放悬挂纸带的夹子，先接通电源开关再释放一条纸带、xx2x1f 2(2) 因 x aT2，所以 a 2T24.(3) 由牛顿第二定律得平均阻力 Fmg ma，所以应测量重物的质量 m，代入加速度得 Fx2 x1f 21x1
18、 x2 m g4 或由动能定理得：mg( x x ) F( x24T x ) 2mv又因为 v 0101CCx1 x22f 2由以上两式得F m g 32x0 x1 规范思维 解答实验题时，首先应弄清实验原理和误差来源，然后针对具体题目进行全面分析、只有从原理上着手，问题的解答才有依据，绝不能死记实验步骤和考前须知、例 24.008.438.009.000.800(1)重物受到的空气阻力 (2) 纸带与限位孔之间的摩擦力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 0.1s ，同时可求得AB 86.00cm 50.50cm35.50cm 0.3550
19、m， BC130.50cm 86.00cm 44.50cm 0.4450m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ACOC OA130.50 50.50102v v 2T 2Tm/s 4.00m/s2 0.1B由O点运动到B点下落的距离为h86.00cm 0.86m，重力势能减少了pB 1.00Emgh 9.80 0.86J 8.43J ，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11kOBB2 1.00 (4.00)2J8.00JE2mv2由 x aT2 可求得纸带下落的加速度xBC AB0.09a T2 T2 0.1 2 m/s2 9.00m/
20、s 2根据牛顿第二定律得mgFf ma从 A 到 B 下落的过程中所受到的平均阻力为Ff mgma 1.00 9.80N 1.00 9.00N 0.800N分析纸带受到的力有： 重力、重物受到的空气阻力、 纸带与限位孔之间的摩擦力等力的作用，所以阻力的来源是以上除重力之外的力、【课时效果检测】1、 C2、(1)AD(2) 纸带与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；计算势能变化时，选取初末两点距离过近；交流电频率不稳定等、3、 d4、 (1)0.05N(2)BC5、 (1) 或 (2) (3) 例如：“对同一高度进行多次测量取平均值” ；“选取受力后相对伸长量尽量小的绳
21、” ；“绳和滑轮尽量光滑”等等、解析 (1) 通过连结在一起的 A、B两物体验证机械能守恒定律， 即验证系统的势能变化与动能变化是否相等， A、B连接在一起， A 下降的距离一定等于 B 上升的距离； A、B 的速度大小总是相等的，故、只测其中的一个即可，不需要测量绳子的长度、(2) 如果绳子质量不能忽略，那么 A、 B 组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能，从而为验证机械能守恒定律带来误差；假设物块摇摆， 那么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、6、 (1)4 Hh(2) 见解析图 (3) 小于12解析 (1) 由机械能守恒mgh 2mv由平抛运动规律x vt 1H 2gt 2由得x2 4Hh.(2) 根据表中数据描点作图可得出x2 h 关系如下图所示、2H(3) 由图中看出在相同h 下，水平位移x 值比理论值要小，由x vt vg ，说明水平抛出的速率比理论值小、7、 (1)B(2)1.881.84(3)A
