《2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 第6課 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律練習(xí)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 第6課 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律練習(xí)（6頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 第6課 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律練習(xí) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律． 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變．若物體某時(shí)刻瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，則重力勢(shì)能的減少量為mgh，動(dòng)能的增加量為mv2，看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律． 2．速度的測(cè)量：做勻變速運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于相鄰兩點(diǎn)之間的平均速度v1＝2t. 計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)速度的方法：測(cè)出第n個(gè)點(diǎn)與相鄰前后點(diǎn)間的距離sn和sn＋1，由公式vn＝或vn＝算出，如圖所示． 三、實(shí)驗(yàn)

2、器材 鐵架臺(tái)(含鐵夾)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)生電源，紙帶，復(fù)寫(xiě)紙，導(dǎo)線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾)． 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．安裝置：按圖所示將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，接好電路． 2．打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方．先接通電源，后松開(kāi)紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落． 更換紙帶重復(fù)做3～5次實(shí)驗(yàn)． 3．選紙帶：分兩種情況說(shuō)明 (1)用mv＝mghn驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且第1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近2 mm的紙帶．若第1、2兩點(diǎn)間的距離大于2 mm，這是由于先釋放紙帶后接通電源造成的．這樣，

3、第1個(gè)點(diǎn)就不是運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)了，這樣的紙帶不能選． (2)用mv－mv＝mgΔh驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性，處理紙帶時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離是否大于2 mm就無(wú)關(guān)緊要了，所以只要后面的點(diǎn)跡清晰就可選用． 五、數(shù)據(jù)處理 1．測(cè)量計(jì)算． 在起始點(diǎn)標(biāo)上0，在以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3…，用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h1、h2、h3…. 利用公式vn＝計(jì)算出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3、…的瞬時(shí)速度v1、v2、v3…. 2．驗(yàn)證守恒． 法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算．代入ghn和v，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，ghn＝v，則機(jī)械能守恒． 法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算． (1

4、)任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出ghAB. (2)算出v－v的值． (3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，如果ghAB＝v－v，則機(jī)械能守恒定律是正確的． 法三：圖象法．從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h圖線．若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒． 六、注意事項(xiàng) 1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺(tái)上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整到豎直方向，以減小摩擦阻力． 2．重物要選用密度大、體積小的物體，這樣可以減小空氣阻力的影響，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差． 3．實(shí)驗(yàn)中，

5、需保持提紙帶的手不動(dòng)，且保證紙帶豎直，待接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再松開(kāi)紙帶． 4．速度不能用vn＝gtn或vn＝計(jì)算，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測(cè)量，而不能用hn＝gt或hn＝計(jì)算得到． 七、誤差分析 1．本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)做功，故動(dòng)能的增加量ΔEk稍小于重力勢(shì)能的減少量ΔEP，即ΔEk<ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差．改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減少阻力． 2．本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量，屬偶然誤差．減小誤差的辦法是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完．或者采用多次測(cè)量取平均值來(lái)減

6、小誤差． 　利用如圖所示裝置進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測(cè)量物體由靜止開(kāi)始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h .某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案，其中正確的是(D) A．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并測(cè)出下落時(shí)間t通過(guò)v＝gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v B．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并通過(guò)v＝計(jì)算出瞬時(shí)速度v C．根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v，并通過(guò)h＝計(jì)算出高度h D．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均

7、速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v 解析：在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中不能將物體下落的加速度看作g，只能把它當(dāng)作未知的定值，所以正確方案只有D項(xiàng)． 課時(shí)作業(yè) 1．在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔不在同一豎直線上會(huì)使紙帶通過(guò)時(shí)受到較大阻力，這樣導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是A． A．mgh>mv2 B．mgh

8、的實(shí)驗(yàn)，以下說(shuō)法正確的是D． A．實(shí)驗(yàn)中摩擦是不可避免的，因此紙帶越短越好，因?yàn)榧垘г蕉?，克服摩擦力做的功就越少，誤差就越小 B．實(shí)驗(yàn)時(shí)需稱(chēng)出重錘的質(zhì)量 C．紙帶上第1、2兩點(diǎn)間距若不接近2 mm，則無(wú)論怎樣處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)誤差都一定較大 D．處理打點(diǎn)的紙帶時(shí)，可以直接利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的實(shí)際點(diǎn)跡，而不必選取計(jì)數(shù)點(diǎn) 解析：紙帶過(guò)短，長(zhǎng)度測(cè)量的相對(duì)誤差較大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由mv2＝mgh知，只需驗(yàn)證v2＝gh即可，不必測(cè)量重錘質(zhì)量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；對(duì)C選項(xiàng)中的紙帶，可選點(diǎn)跡清晰、距離合適的任兩點(diǎn)M、N，通過(guò)計(jì)算ΔEk＝mv－mv與mghMN比較，實(shí)驗(yàn)誤差不一定大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；自由落體運(yùn)動(dòng)加

9、速度較大，除去1、2兩點(diǎn)，其他相鄰兩點(diǎn)間的距離均大于或遠(yuǎn)大于2 mm，用毫米刻度尺測(cè)量完全可以，不必選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，選項(xiàng)D正確． 3．如圖甲是某實(shí)驗(yàn)小組驗(yàn)證鉤碼和滑塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)裝置，圖中的氣墊導(dǎo)軌被水平地固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上． (1)實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測(cè)微器測(cè)量遮光條的寬度d，測(cè)量結(jié)果如圖乙所示，則遮光條的寬度d＝__________________________mm. (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由光電計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)所用的時(shí)間Δt，鉤碼的質(zhì)量m已用天平測(cè)得，為了驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒，在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量有_____________________

10、_______________________________________ ____________________________(文字說(shuō)明并用相應(yīng)的字母表示)． (3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒的關(guān)系式是______________________(用測(cè)量的物理量符號(hào)表示)． 解析：(1)d＝3.5 mm＋19.5×0.01 mm＝3.695 mm. (2)驗(yàn)證鉤碼和滑塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，計(jì)算減少的重力勢(shì)能時(shí)需用到滑塊由靜止運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)的位移x，計(jì)算增加的動(dòng)能時(shí)需用到滑塊的質(zhì)量M. (3)滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度v＝，上述過(guò)程中滑塊和鉤碼系統(tǒng)增加的動(dòng)能ΔE

11、k＝(M＋m)v2＝，減少的重力勢(shì)能ΔEp＝mgx.如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)ΔEp＝ΔEk，即mgx＝，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律． 答案：(1)3.695　(2)滑塊的質(zhì)量M，滑塊由靜止運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)的位移x　(3)mgx＝ 4．利用氣墊導(dǎo)軌裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，先把導(dǎo)軌調(diào)成水平，然后按如圖所示的方式，用墊塊把導(dǎo)軌一端墊高H，質(zhì)量為m的滑塊上安裝寬度d＝3.0 cm的遮光板．使滑塊由軌道上端任一處滑下，測(cè)出它通過(guò)光電門(mén)G1和G2時(shí)的速度v1和v2，就可以算出它由G1到G2這段過(guò)程中動(dòng)能的增加量ΔEk＝m(v－v)，再算出重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mgh，比較ΔEk與ΔEp的大小，便可驗(yàn)證機(jī)

12、械能是否守恒．圖中H、L、s均已事先設(shè)定，滑塊通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)所用時(shí)間分別為Δt1和Δt2. (1)滑塊速度v1、v2的表達(dá)式分別為v1＝______、v2＝______，滑塊通過(guò)G1、G2時(shí)的高度差h的表達(dá)式h＝______． (2)若測(cè)得圖中L＝1.0 m，s＝0.50 m，H＝20 cm，m＝500 g，滑塊通過(guò)G1和G2的時(shí)間分別為5.0×10－2 s和2.0×10－2 s，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80 m/s2，則動(dòng)能增加量ΔEk＝________，重力勢(shì)能減少量ΔEp＝________(以上兩空保留三位有效數(shù)字)，由此得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是______________________

13、___. 解析：(1)由于擋光板寬度d＝3.0 cm很小，而滑塊通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短，故可以認(rèn)為滑塊通過(guò)兩光電門(mén)時(shí)的平均速度就等于通過(guò)G1和G2兩位置的瞬時(shí)速度，即v1＝，v2＝；由導(dǎo)軌的傾角sin α＝＝，可得h＝ssin α＝ . (2)v1＝＝＝0.60 m/s，v2＝＝＝1.50 m/s，高度差h＝＝×0.50 m＝0.10 m．動(dòng)能增加量ΔEk＝m(v－v)＝0.473 J，重力勢(shì)能減少量ΔEp＝mgh＝0.490 J；實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：在誤差允許范圍內(nèi)，滑塊下滑過(guò)程中機(jī)械能守恒． 答案：(1)　　 　(2)0.473 J　0.490 J　在誤差允許范圍內(nèi)，滑塊下滑過(guò)程中機(jī)械能守恒

14、 5．在用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某同學(xué)按照正確的操作得到如圖所示的紙帶，其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是由頻率為50 Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn)．該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量O到A、B、C各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中(單位：cm)． (1)這三個(gè)數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是____________(填“OA”“OB”或“OC”)段，應(yīng)記作______cm. (2)甲同學(xué)用質(zhì)量為1 kg的重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2，他用AC段的平均速度作為B點(diǎn)處的瞬時(shí)速度，則OB段重錘重力勢(shì)能的減少量為_(kāi)_______，而動(dòng)能的增加量為_(kāi)_

15、______(以上兩空保留三位有效數(shù)字)．這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量______(填“大于”“小于”或“等于”)動(dòng)能的增加量． (3)乙同學(xué)根據(jù)同一條紙帶的同一組數(shù)據(jù)，也用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)O記為第1個(gè)點(diǎn)，圖中的B是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第9個(gè)點(diǎn)．因此他用vB＝gt計(jì)算B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，得到動(dòng)能的增加量，這樣驗(yàn)證時(shí)的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量________(填“大于”“小于”或“等于”)動(dòng)能的增加量，原因是____________________. (4)丙同學(xué)根據(jù)同一條紙帶上測(cè)量出的數(shù)據(jù)，算出A、B之間的距離以及B、C之間的距離，利

16、用公式a＝算出紙帶下落時(shí)的重力加速度a，并把這個(gè)加速度當(dāng)作當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔?jì)算出重力勢(shì)能的減少量；同時(shí)用AC段的平均速度作為B點(diǎn)的瞬時(shí)速度從而算出動(dòng)能的增加量，這樣驗(yàn)證時(shí)的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量______(填“大于”“小于”或“等于”)動(dòng)能的增加量，原因是______________________________________． 解析：(1)按照有效數(shù)字要估讀一位的要求，OC段的讀數(shù)應(yīng)為15.70 cm. (2)重錘重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mghOB＝1.22 J，動(dòng)能的增加量ΔEk＝mv＝1.20 J，從計(jì)算結(jié)果可以看出重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，因?yàn)橛幸徊糠謾C(jī)械能轉(zhuǎn)

17、化為內(nèi)能了． (3)由于重錘下落過(guò)程中受到阻力，打下B點(diǎn)時(shí)重錘的速度小于根據(jù)v＝gt計(jì)算出來(lái)的速度，故系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量小于動(dòng)能的增加量． (4)下落時(shí)的重力加速度a是按實(shí)際運(yùn)動(dòng)計(jì)算的，v也是按照實(shí)際的運(yùn)動(dòng)規(guī)律計(jì)算的，只要紙帶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，mah＝mv2總成立． 答案：(1)OC　15.70　(2)1.22 J　1.20 J　大于　(3)小于　略　(4)等于　略 6．“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)可以采用如圖所示的甲或乙方案來(lái)進(jìn)行． (1)兩種方案中，較理想的是____(填“甲”或“乙”)方案； (2)如圖是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，圖中所標(biāo)的數(shù)據(jù)是相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，已知每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T＝0.1 s，則B點(diǎn)對(duì)應(yīng)物體的速度vB＝______m/s，D點(diǎn)對(duì)應(yīng)物體的速度vD＝______m/s； (3)經(jīng)分析該紙帶是采用____(填“甲”或“乙”)實(shí)驗(yàn)方案得到的． 解析：(1)物體只受重力作用或阻力可忽略不計(jì)時(shí)，物體的機(jī)械能守恒，乙圖方案中物體受到的阻力比較大，所以方案甲比較理想． (2)vB＝＝ m/s＝0.95 m/s，vD＝＝ m/s＝1.91 m/s. (3)根據(jù)紙帶求出物體的加速度a＝＝4.8 m/s2，該加速度遠(yuǎn)小于重力加速度，顯然是由乙方案得到的． 答案：(1)甲　(2)0.95　1.91　(3)乙