【2015年广东高考物理实验复习】实验6 验证机械能守恒定律

1、.实验六验证机械能守恒定律误差分析1减小测量误差：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误差来源：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Ekmv必定稍小于重力势能的减少量Epmghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力注意事项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重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料3一先一后：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vngt来计算.热点一实验原理与

2、操作【典例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：图1(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，h3hn，计算出对应的瞬时速度v1，v2，v3vn

3、F分别算出mv和mghn，在实验误差范围内看是否相等解析(1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h26，要计算第2点和第6点的速度v2和v6，必须测出第1点到第3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57，机械能守恒的表达式为mgh26mvmv(2)实验操作顺序为ADBCEF.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v6mgh26mvmv(2)ADBCEF【跟踪短训】1利用图2实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转化问题图2 (1

4、)实验操作步骤如下，请将步骤B补充完整：A按实验要求安装好实验装置；B使重物靠近打点计时器，接着先_，后_，打点计时器在纸带上打下一系列的点；C图3为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点分别测出若干连续点A、B、C与O点之间的距离h1、h2、h3.图3(2)已知打点计时器的打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，结合实验中所测得的h1、h2、h3，可得重物下落到B点时的速度大小为_，纸带从O点下落到B点的过程中，重物增加的动能为_，减少的重力势能为_(3)取打下O点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能Ek和重力势能Ep，建立坐标系，横轴表示h，纵轴

5、表示Ek和Ep，根据以上数据在图4中绘出图线和图线.已求得图线斜率的绝对值k12.94 J/m，请计算图线的斜率k2_J/m(保留三位有效数字)重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为_(用k1和k2表示)图4(4)通过对k1和k2的比较分析，可得到的结论是(只要求写出一条)：_.解析(3)对图线：Epmgh，即k1mg.对图线：Ek(mgFf)h，即k2mgFf，所以Ffk1k2，.答案(1)接通电源放开纸带(2)mgh2(3)2.80(2.732.87均可)(k1用mg表示也可)(4)k2小于k1，动能的增量小于重力势能的减少量(其他结论合理的也可)热点二实验数据的处理及误差

6、分析【典例2】 用如图5甲所示实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示已知m150 g、m2150 g，则(g取10 m/s2，结果保留两位有效数字)图5(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5_ m/s；(2)在打点05过程中系统动能的增加量Ek_ J，系统势能的减少量Ep=_J，由此得出的结论是_；(3)若某同学作出的v2h图象如图6所示，则当地的实际重力加速度g_

7、m/s2.图6解析(1)v5 m/s2.4 m/s.(2)动能的增加量Ek(m1m2)v0.58 J；系统势能的减少量Ep(m2m1)gh0.60 J，故在误差允许的范围内，两者相等，m1、m2组成的系统机械能守恒(3)由(m1m2)v2(m2m1)gh，得k，即 m/s24.85 m/s2，g9.7 m/s2.答案(1)2.4(2)0.580.60在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒(3)9.7反思总结数据处理的方法方法一：用mv2mgh验证时，利用起始点和第n点计算方法二：用mvmvmgh验证时，任取两点计算方法三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h

8、，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2h图线若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律【跟踪短训】2(2013南京模拟)某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图7所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验图7(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是_，理由是_.(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图8所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，请根据纸带计算出B点的速度大小_m/s(

9、结果保留三位有效数字)图8(3)该小组内同学们根据纸带算出了相应点的速度，作出v2h图线如图9所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g_m/s2(结果保留两位有效数字)图9解析(1)甲，理由是：采用乙图实验时，由于小车和斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑过程中机械能不守恒，故乙图不能用来验证机械能守恒定律(2)vB1.37 m/s；(3)因为mghmv2，所以v22gh，图线的斜率是2g，可得g9.7 m/s2或g9.8 m/s2.答案(1)甲采用乙图实验时，由于小车和斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑过程中机械能不守恒，故乙图不能用来验证机械能守恒定律(2)1

10、.37(3)9.7或9.8探究高考命题视角以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、实验方法的改进等特点视角1实验方案的改进由系统动能、重力势能的变化验证机械能守恒，所用实验器材：光电门、气垫导轨(如典例3)通过小球自由落体运动的闪光照片验证机械能守恒，如探究跟踪3.视角2计算法数据处理【典例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10所示：图10(1)实验步骤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；用游标卡尺测量挡光条的宽度l9.30 mm；由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s_ cm；将滑块移

11、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；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t1和t2；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滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1_和v2_.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_.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Ep_(重力加速度为g)(3)如果Ep_，则可认为验证了机械能守恒定律解析由导轨标尺读出两光电门中心

12、之间的距离s80.30 cm20.30 cm60.00 cm.由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度看做瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间t可从数字计时器读出，因此，滑块通过光电门的瞬时速度为，则通过光电门1时瞬时速度为，通过光电门2时瞬时速度为.由于质量事先已用天平测出，由公式Ekmv2可得：系统通过光电门1时动能Ek1(Mm)2，系统通过光电门2时动能Ek2(Mm)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Epmgs，最后对比Ek2Ek1与Ep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答案

13、(1)60.00(59.9660.04)(2)(Mm)2(Mm)2mgs(3)Ek2Ek1【探究跟踪】(2013海南卷，11)某同学用图11(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，当地重力加速度为g9.80 m/s2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图(b)所示纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值回答下列问题(计算结果保留三位有效数字)图11(1)打点计时器打B点时，重物速度的大小vB_ m/s；(2)通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简

14、要说明分析的依据解析(1)由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度可知vB，由电源频率为50 Hz可知T0.02 s，代入其他数据可解得vB3.90 m/s.(2)本实验是利用自由落体运动验证机械能守恒定律，只要在误差允许范围内，重物重力势能的减少等于其动能的增加，即可验证机械能守恒定律选B点分析，由于mv7.61m，mghB7.857m，故该同学的实验结果近似验证了机械能守恒定律答案(1)3.90(2)7.61(m/s)2，因为mvmghB，近似验证机械能守恒定律12013重庆卷，6(1)我国舰载飞机在“辽宁舰”上成功着舰后，某课外活动小组对舰载飞机利用阻拦索着舰的力学问题很感兴趣他们

15、找来了木板、钢球、铁钉、橡皮条以及墨水，制作了如图12所示的装置，准备定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系要达到实验目的，需直接测量的物理量是钢球由静止释放时的_和在橡皮条阻拦下前进的距离，还必须增加的一种实验器材是_忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力，重力加速度已知，根据_定律(定理)，可得到钢球被阻拦前的速率图12解析根据机械能守恒定律(或动能定理)可知mghmv2，v，要研究v与前进的距离的关系，需要直接测出钢球距水平木板的高度h，要测距离及高度，必须增加实验器材刻度尺答案高度(距水平木板的高度)刻度尺机械能守恒(动能)2(2013河北百校联考)“验证机械能守恒定律”的实

16、验装置可以采用图13所示的甲或乙方案来进行图13(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：_；_.(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中所示已知相邻两个计数点之间的时间间隔T0.1 s则物体运动的加速度a_；该纸带是采用_(填“甲”或“乙”)实验方案得到的解析由xaT2，利用逐差法得到物体运动的加速度a4.8 m/s2.若用自由落体实验测得物体运动的加速度a应该接近10 m/s2，所以该纸带是采用“乙”实验方案得到的答案(1)甲(2)打点计时器接了直流

17、电源重物离打点计时器太远(3)4.8 m/s2乙图143(2013全国大纲，23)测量小物块Q与平板P之间动摩擦因数的实验装置如图14所示AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道，与水平固定放置的P板的上表面BC在B点相切，C点在水平地面的垂直投影为C.重力加速度大小为g.实验步骤如下：用天平称出物块Q的质量m；测量出轨道AB的半径R、BC的高度L和CC的高度h；将物块Q在A点从静止释放，在物块Q落地处标记其落地点D；重复步骤，共做10次；将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C的距离s.(1)用实验中的测量量表示：()物块Q到达B点时的动能EkB_；()物块Q到达C点时的动能EkC_；()在物块Q从B运动到C的过程中，物块Q克服摩擦力做的功Wf_；()物块Q与平板P之间的动摩擦因数_.(2)回答下列问题：()实验步骤的目的是_；()已知实验测得的值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其他的可能是_(写出一个可能的原因即可)解析(1)()AB过程中，机械能守恒，得EkB