【物理】2020届一轮复习人教版 验证机械能守恒定律 学案

【物理】2020届一轮复习人教版 验证机械能守恒定律 学案

第五章 功和能 ‎1.从近几年高考来看，关于功和功率的考查，多以选择题的形式出现，有时与电流及电磁感应相结合命题．‎ ‎2．功和能的关系一直是高考的“重中之重”，是高考的热点和重点，涉及这部分内容的考题不但题型全、分量重，而且还经常有压轴题，考查最多的是动能定理和机械能守恒定律，且多数题目是与牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动以及电磁等知识相结合的综合性试题．‎ ‎3．动能定理及能量守恒定律仍将是高考考查的重点．高考题注重与生产、生活、技相结合，将对相关知识的考查放在一些与实际问题相结合的情境中去，能力要求不会降低.‎ 第24讲 验证机械能守恒定律 ‎1.掌握验证机械能守恒定律的方法.‎ ‎2.会用图象法处理实验数据以达到验证目的．‎ 基本实验要求 ‎1．实验目的 验证机械能守恒定律．‎ ‎2．实验原理 通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．‎ ‎3．实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(附铁夹)、导线两根．‎ ‎4．实验步骤 ‎(1)根据实验原理图安装仪器．‎ ‎(2)将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔．‎ ‎(3)用手提着纸带，让重物靠近打点计时器并处于静止状态，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点．‎ ‎(4)从几条打下点的纸带中挑选出点迹清晰的纸带进行测量，ΔEk＝mv，ΔEp＝mgdn，vn＝‎ ‎(5)计算对比ΔEp与ΔEk.‎ ‎5．实验结论 在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒．‎ 规律方法总结 ‎1．误差分析 ‎(1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值．，‎ ‎(2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk＝mv必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．‎ ‎2．注意事项 ‎(1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少摩擦阻力．‎ ‎(2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．‎ ‎(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落．‎ ‎(4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝，不能用vn＝或vn＝gt来计算．‎ ‎3．验证方案 方案一：利用起点和第n点：验证ghn＝v.‎ 方案二：任取较远两点A、B：验证ghAB＝v－v.‎ ‎★典型案例★某习小组用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，质量均为M的物体A和B系在轻质细绳两端跨过光滑轻质定滑轮，每个钩码的质量均为，物体A上固定一轻质挡光片，挡光片下方h处固定一光电门，用来测量物体上的挡光片通过该处的时间t。‎ ‎（1）某同用游标卡尺测量挡光片的宽度d，测量结果如图乙所示，则挡光片宽度为_____cm。‎ ‎（2）在物体A下面挂上一个钩码，让A、B及钩码组成的系统由静止释放，测出挡光片通过光电门的时间，则挡光片通过光电门的速率为___________（用题中给出的符号表示）。‎ ‎（3）依次增加物体A下方钩码个数，让物体A由同一位置释放，分别测出挡光片通过光电门的时间、、…；‎ ‎（4）设物体A下方所挂钩码个数为n，根据（3）中所测时间，描点作出图象如图丙所示，若在误差允许范围内满足图象斜率k=____，截距b＝_____（均用题中符号表示），则证明机械能守恒定律成立。‎ ‎（5）由于系统运动过程中要受到摩擦及空气阻力，若认为挂不同个数钩码时阻力相同，则实际描点作出的图象斜率会__________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。‎ ‎【答案】 偏小 ‎★针对练习1★某同用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为生电源，可以提供输出电压为6V的交变电流和直流电，交变电流的频率为50Hz。重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律。‎ ‎（1）他进行了下面几个操作步骤：‎ 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．用天平测出重锤的质量；‎ D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；‎ E.测量纸带上某些点间的距离；‎ F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其增加的动能。‎ 其中没有必要进行的步骤是____________，操作不当的步骤是__________。(填选项字母)‎ ‎（2）这位同进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图乙所示，其中0点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点。根据纸带上的测量数据，可得出打B点时重锤的速度为_______m/s.(保留3位有效数字)‎ ‎（3）他根据纸带上的数据算出各点的速度v，量出下落距离h，并以v²/2为纵轴、以h为横轴面出图象，应是下列图中的______。‎ ‎【答案】 C B 1.84 C ‎【解析】‎ ‎★针对练习2★如图1所示，气垫导轨a端固定在水平桌面上，b端到桌面的高度h可调，让滑块A沿导轨下滑，位移传感器B能将A、B间的距离数据实时传送到计算机。‎ ‎（1）甲同用该装置验证机械能守恒定律，实验时测得导轨ab长度L=1.20m，将高度h调节为0.60m，让滑块A从紧靠传感器B的位置由静止释放，经计算机处理后得到的x-t图像和对应的v-t图像如图2、图3所示，若物块质量m=0.20kg，取，则在0~0.50s内，物块的重力势能减少量为=_____J；动能的增加量为=________J。（计算结果均保留两位有效数字）；‎ ‎（2）乙同用此装置验证“质量一定时，加速度与合外力成正比”的关系。‎ ‎①图4为他某次实验通过传感器和计算机拟合得到的v-t图像，由图线可得物块下滑的加速度大小为______。（计算结果保留2位有效数字）；‎ ‎②保持气垫导轨a端固定在水平桌面上，测得气垫导轨长度为L，多次调节b端距离水平桌面的高度h，得到每次实验中物块下滑的v-t图像，实验得到多组a和h的数据，若a和h的关系符合图5中的__________（选填A或B或C），可得“物块质量一定时，加速度与其所受合外力成正比”的结论，该图像的斜率为________________（用L和g表示）‎ ‎【答案】 0.660或0.665都对 0.55 开始滑块静止时遮光条到光电门的距离S C ‎【解析】（1）由游标卡尺读数规则可得遮光条的宽度d=6 mm+0.05 mm×13＝=0.665 cm。‎ ‎（2）滑块经过光电门时的瞬时速度为v==0.55 m/s。‎ ‎（3）令细线拉力为T，则有T=Ma及mg−T=ma，所以，当M＞＞m时，细线拉力所做的功与