1、1、考法分析和解题技法（一）考法分析热门考法考法 1 实验原理与操作考法 2 数据处理与误差分析考法 3 创新实验设计（二）解题技法1. 实验原理与操作 数据处理2. 误差分析（1）系统误差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 Ek 稍小于重力势能的减少量 Ep，即 EkEp，这属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力（2）偶然误差本实验的另一个误差来源于长度的测量，属于偶然误差。减小误差的方法是测下落距离时都从O 点测量时，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3. 创新实验设计视角 1 实验方案的
2、优化改进方案 1：如图 1 所示，用光滑斜面和小车验证机械能守恒定律，在打出的小车拖动的纸带上取两点 A、 B，求出它的速度 vA、v B，测出斜面的高 h、长 L 及 AB 之间的距离 L0.只需要验证关系式gL0 v v 成立，即可验证小车沿光滑斜面下滑的过程中机械能是守恒的hL 122B 12 2A图 1方案 2：图 2如图 2 所示，用斜槽金属球等验证钢球从斜槽滚下过程中的机械能守恒，让钢球从斜槽某高度处同一点 A 从静止开始释放钢球多次，找出平均落地点 P，测量 A 点到桌面的高度 h1，出口到 O点的高度 h2，O 点到 P 点距离 s.由平抛知识，s v 0t，h 2 gt2，得
3、平抛速度 v0s ，以桌面为12 g2h2零势能面，则 A 点的重力势能 Epmgh 1，抛出点的动能 Ek mv .若 EPE k，得 h1 .即只要12 20 s24h2h1 ，机械能守恒s24h2方案 3：利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图 3 所示，从与光电门连接的数字计时器上读出挡光条通过光电门 1 和光电门 2 的时间 t1、 t2，用天平测量出滑块和挡光条的总质量 M 及托盘和砝码的总质量 m，用游标卡尺测量出挡光条宽度 l，从导轨标尺上读出两光电门之间的距离 L，则滑块通过光电门 1、2 时系统的总动能分别为 Ek1 (mM )( )2，E k2 (mM )12
4、 lt1 12( )2，而系统重力势能的减少量 EpmgL ，如果 Ep Ek2E k1，则验证了机械能守恒定律lt2图 3视角 2 实验数据处理的优化提升方案 1：利用起始点和第 n 点计算代入 mghn和 mv ，如果在实验误差允许的范围内， mghn和 mv 相等，则验证了机械能守恒12 2n 12 2n定律方案 2：任取两点计算(1)任取两点 A、B，测出 hAB，算出 mghAB.(2)算出 mv mv 的值12 2B 12 2A(3)在实验误差允许的范围内，若 mghAB mv mv ，则验证了机械能守恒定律12 2B 12 2A方案 3：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其
5、余各点的下落高度 h，并计算各点速度的平方 v2，然后以 v2 为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据作出 v2h 图线若在误差允许的范围内图线是一条12 12过原点且斜率为 g 的直线，则验证了机械能守恒定律二、真题再现考例 1 (2017 天津卷，T9(2)如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_.A重物选用质量和密度较大的金属锤B两限位孔在同一竖直面内上下对正 C精确测量出重物的质量D用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到 50 Hz 的
6、交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中 O 点为纸带上打出的第一个点重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有_.AOA、AD 和 EG 的长度BOC、BC 和 CD 的长度CBD、CF 和 EG 的长度DAC、BD 和 EG 的长度【答案】 (1)AB (2)BC(2)利用纸带数据，根据 mgh mv2 即可验证机械能守恒定律要从纸带上测出重物下落的高12度并计算出对应的速度，选项 A、D 的条件中，下落高度与所能计算的速度不对应；选项 B 的条件符合要求，
7、可以取重物下落 OC 时处理；选项 C 中，可以求出 C、F 点的瞬时速度，又知 CF 间的距离，可以利用 mv mv mg h12 2 12 21验证机械能守恒定律【考法】数据处理与误差分析。 3. 某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系(1)如图甲所示，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数 k_ N/m(g 取 9.80 m/s2)砝码质量/g 50 100 150弹簧长度/cm 8.62 7.63 6.66(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图乙所示，调整导轨使滑块自由滑动时，
8、通过两个光电门的速度大小_(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量 x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度 v.释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为_(4)重复(3)中的操作，得到 v 与 x 的关系如图丙所示，由图可知，v 与 x 成_关系由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的_成正比【答案】 (1)50 (2) 相等 (3) 滑块的动能 (4)正比 压缩量的平方【解析】 (1)由胡克定律知 Fkx当放 1 个钩码时有k1 N/m49.5 N/mFx 509.810 38.62 7.6310 2当放第 2 个钩码时有k2 N/m50.5 N/mFx 509.810 37.63 6.
9、6610 2则弹簧的劲度系数 k 50 N.k1 k224某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图所示向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能回答下列问题：(1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能 Ep 与小球抛出时的动能 Ek 相等已知重力加速度大小为 g.为求得 Ek，至少需要测量下列物理量中的_(填正确答案标号) A小球的质量 mB小球抛出点到落地点的水平距离 sC桌面到地面的高度 hD弹簧的
10、压缩量 xE弹簧原长 l0(2)用所选取的测量量和已知量表示 Ek，得 Ek_.(3)图中的直线是实验测量得到的 sx 图线从理论上可推出，如果 h 不变m 增加，sx 图线的斜率会_(填“增大”、 “减小” 或“不变”)；如果 m 不变，h 增加，s x 图线的斜率会_(填“增大 ”、 “减小” 或 “不变”)由图中给出的直线关系和 Ek 的表达式可知，E p 与 x 的_次方成正比【答案】(1)ABC (2) (3) 减小 增大 2mgs24h【解析】(1)利用平抛运动规律，测量出平抛运动的初速度 v0.由 sv 0t，h gt2，联立解得 v0s .要12 g2h测量小球速度，需要测量小
11、球抛出点到落地点的水平距离 s，桌面到地面的高度 h；由 Ek mv 知，12 20还需要测量小球的质量 m，因弹簧劲度系数未知， D、E 错误，A、B、C 正确5如图所示为利用气垫导轨(滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略)“ 验证机械能守恒定律”的实验装置，完成以下填空实验步骤如下：将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于 1 m，将导轨调至水平；测出挡光条的宽度 l 和两光电门中心之间的距离 s；将滑块移至光电门 1 左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门 2；测出滑块分别通过光电门 1 和光电门 2 时的挡光时间 t1 和 t2；用天平称出滑块和挡光条的总
12、质量 M，再称出托盘和砝码的总质量 m；滑块通过光电门 1 和光电门 2 时，可以确定系统( 包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为 Ek1_和 Ek2_；在滑块从光电门 1 运动到光电门 2 的过程中，系统势能的减少量 Ep_( 重力加速度为 g)；如果满足关系式_，则可认为验证了机械能守恒定律(用 Ek1、E k2 和 Ep表示)【答案】 (Mm) (Mm) mgs E pE k2E k112 21tl12 2tl【解析】滑块经过光电门 1 时的速度 v1 ，经过光电门 2 时的速度 v2 ，滑块、挡光条、lt1 lt2托盘和砝码组成的系统的动能：6. 利用如图所示装置进行验证机械能
13、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，其中正确的方案是( )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 vgt 计算出瞬时速度 vB用刻度尺测出物体下落的高度 h，并通过 v 计算出瞬时速度 v2ghC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，计算出瞬时速度 v，并通过 h 计算得出高度 hv22gD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【答案】D【解析
14、】利用 g 求 v 和 h，相当于利用机械能守恒验证机械能守恒，A、B、C 错误，D 正确7某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤：A用天平称出重物的质量B把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提升到一定高度C拆掉导线，整理仪器D断开电源，调整纸带，重做两次E用秒表测出重物下落的时间F用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论G把打点计时器接到低压交流电源上H接通电源，释放纸带I把打点计时器接到低压直流电源上J把打点计时器固定到桌边的铁架台上上述实验步骤中错误的是_，没必要的是_，其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是_(均只需填步骤的代号 )【答案】E
15、、I A JGBHDCF8用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”(1)下列物理量需要测量的是_，通过计算得到的是 _( 填写代号)A重锤质量B重力加速度C重锤下落的高度D与下落高度对应的重锤的瞬时速度(2)设重锤质量为 m、打点计时器的打点周期为 T、重力加速度为 g.图乙是实验得到的一条纸带，A、B 、C 、D、E 为相邻的连续点根据测得的 s1、s 2、s 3、s 4 写出重锤由 B 点到 D 点势能减少量的表达式_，动能增加量的表达式_【答案】(1)C D (2)mg(s 3s 1) 【解析】(1)实验中需要直接测量的是重锤下落的高度，通过计算得到的是与下落高度相对应的重锤的瞬时速度(
16、2)重锤重力势能的减少量为 mg(s3s 1)，vB ，v D ，s22T s4 s22T故重锤动能的增加量为mv mv m m .12 2D 12 2B 12 24s12 Ts9 “验证机械能守恒定律” 的实验装置如图甲所示，采用重物自由下落的方法：(1)已知打点计时器所用电源的频率为 50 Hz，当地的重力加速度 g9.80 m/s2，所用重物的质量为 200 g实验中选取一条符合实验要求的纸带如图乙所示，O 为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点计算 B 点瞬时速度时，甲同学用 v 2gx OB，乙同学用 vB ，其中所选方法正确的是2BxAC2T_(填“甲 ”或“ 乙”
17、) 同学；根据以上数据，可知重物由 O 运动到 B 点时动能的增加量等于_J，重力势能减少量等于_ J(计算结果均保留 3 位有效数字) (2)实验中，发现重物减少的势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的主要原因是_.【答案】(1)乙 0.369 0.376 (2)见解析(2)克服空气对重物和打点计时器对纸带的阻力做功10在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为 50 Hz，查得当地重力加速度 g9.80 m/s2，测得所用的重物的质量为 1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示，把第一个点记作 O，另选连续的四个点 A、B、C、D 作为测量的点经测量知
18、道A、B 、C 、D 各点到 O 点的距离分别为 62.99 cm,70.18 cm,77.76 cm,85.73 cm.根据以上数据，可知重物由 O 点运动到 C 点，重力势能的减少量等于_ J，动能的增加量等于_ J( 保留三位有效数字)【答案】 7.62 7.56重物的动能增加量 Ek mv 1.003.887 52 J7.56 J. 12 2C 1216. 验证“机械能守恒定律” 的实验采用重物自由下落的方法( g9.8 m/s 2)：(1)通过验证 mv2mgh 来验证机械能守恒定律时，对纸带上起点的要求_；为此，所12选择纸带的第一、二两点间距应接近_。(2)若实验中所用重物质量 m 1 kg，打点纸带如图所示，所用电压频率为 50 Hz，则打点时间间隔为_，则记录 B 点时，重物的速度 vB_，重物动能 EkB_。从开始下落起至 B 点，重物的重力势能减少量是_，因此可得出的结论是：_。(结果保留两位有效数字)(3)根据纸带算出相关各点的速度 v，量出下落距离 h，则以 v2/2 为纵轴，画出的图象应是图中的_，图线的斜率表示_。【答案】(1)初速度等于零 2 mm (2)0.02 s 0.59 m/s 0.17 J 0.17 J 在误差允许的范围内重物机械能守恒 (3)C 重力加速度 (g)
