实验6-1 验证机械能守恒定律（抢分精讲）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

实验6-1 验证机械能守恒定律（抢分精讲）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

剑指2019年高考物理的13个抢分实验 实验6.1 验证机械能守恒定律 抢分精讲 ‎【高考导航】‎ 抢分题型 ‎◎题型1 实验原理与操作 ‎◎题型2 实验数据的处理与误差分析 ‎◎题型3 实验创新设计 实验目的 验证机械能守恒定律。‎ 实验原理 ‎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，但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。‎ ‎2．计算打第n个点速度的方法：测出第n个点与相邻前后点间的距离xn和xn＋1，由公式vn＝或vn＝算出，如图实Ⅵ－1所示。‎ 图实Ⅵ－1‎ 题型1 实验原理与操作 例1　在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4…n.则：‎ ‎(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为________________，必须计算出的物理量为________、________，验证的表达式为________。‎ ‎(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤前面的字母)。‎ A．将打点计时器竖直安装在铁架台上 B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落 C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验 D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带 E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1、h2、h3…hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3…vn F．分别算出mv和mghn，在实验误差范围内看是否相等 答案　‎ ‎(1)第2点到第6点之间的距离h26‎ 第1点到第3点之间的距离h13‎ 第5点到第7点之间的距离h57‎ 第2点的瞬时速度v2　第6点的瞬时速度v6‎ mgh26＝mv－mv ‎(2)ADBCEF 解析　‎ 总结　计算速度时应根据“匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度”进行求解，而不能用v＝gt进行求解。‎ 针对训练：‎ ‎“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图实Ⅵ－5所示的甲或乙方案来进行。‎ ‎(1)比较这两种方案，________(填“甲”或“乙”)方案好些。‎ ‎(2)该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带。请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方：‎ ‎①______________________________________；‎ ‎②______________________________________。‎ ‎(3)该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁所示。已知相邻两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s。则物体运动的加速度a＝________；该纸带是采用________(填“甲”或“乙”)实验方案得到的。‎ 答案　‎ ‎(1)甲　(2)①打点计时器接了直流电源　②重物离打点计时器太远　(3)4.8 m/s2　乙 题型2　实验数据的处理和误差分析 例2　 (邹城联考)“验证机械能守恒定律”的实验装置如图实Ⅵ－6所示采用重物自由下落的方法：‎ ‎(1)实验中，下面哪些测量工具是必需的（　 ）‎ A．天平　　 B．直流电源 C．刻度尺 D．秒表 ‎(2)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g＝9.80 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实Ⅵ－7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＝2gxOB，乙同学用vB＝，其中所选方法正确的是________(选填“甲”或“乙”)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(计算结果均保留三位有效数字)。‎ 图实Ⅵ－7‎ ‎(3)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)C　(2)乙　0.369　0.376　(3)见解析 解析　‎ v＝＝ m/s＝1.92 m/s 物体动能的增加量 ΔEk＝mv2＝0.5×0.200×1.922 J＝0.369 J。‎ ‎(3)克服空气对重物和打点计时器对纸带的阻力做功。‎ 题型3　实验创新设计 例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实Ⅵ－8所示：‎ ‎(1)实验步骤：‎ ‎①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；‎ ‎②用游标卡尺测量挡光条的宽度l＝9.30 mm；‎ ‎③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝________cm；‎ ‎④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；‎ ‎⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；‎ ‎⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。‎ ‎(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：‎ ‎①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________。‎ ‎②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________。‎ ‎③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ΔEp＝________(重力加速度为g)。‎ ‎(3)如果ΔEp＝________，则可认为验证了机械能守恒定律。‎ 答案　(1)③60.00(59.96～60.04)‎ ‎(2)①　　②(M＋m)()2　(M＋m)()2‎ ‎③mgs　(3)Ek2－Ek1‎ 解析　‎ 过光电门2时动能(M＋m)()2。末动能减初动能可得动能的增加量。‎ 两光电门中心之间的距离s即砝码和托盘下落的高度，系统势能的减小量ΔEp＝mgs，最后对比Ek2－Ek1与ΔEp数值大小，在误差允许的范围内相等，就验证了机械能守恒定律。‎ ‎ ‎