《2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教學(xué)案 新人教版》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教學(xué)案 新人教版（12頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、實(shí)驗(yàn)六　驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 2．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，則其重力勢(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)間的平均速度vt＝2t。計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)瞬時(shí)速度的方法是：測(cè)出第n個(gè)點(diǎn)的相鄰前后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離xn和xn＋1，由公式vn＝或vn＝算出，如圖所示。 3．實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái)(含鐵

2、夾)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、導(dǎo)線(xiàn)、毫米刻度尺、重物(帶紙帶夾)。 4．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)儀器安裝 將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器按如圖所示裝置圖豎直固定在鐵架臺(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如果根據(jù)mv2＝mgh驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，打點(diǎn)成一條直線(xiàn)，且1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近2 mm的紙帶。若1、2兩點(diǎn)間的距離大于2 mm，這是由于先釋放紙帶，后接

3、通電源造成的。這樣，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如果根據(jù)mv－mv＝mgΔh驗(yàn)證時(shí)，由于重物重力勢(shì)能的變化是絕對(duì)的，處理紙帶上的數(shù)據(jù)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)間的距離是否為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。 5．?dāng)?shù)據(jù)處理 (1)求瞬時(shí)速度 由公式vn＝可以計(jì)算出重物下落h1、h2、h3…的高度時(shí)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3… (2)驗(yàn)證守恒 方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入ghn和v，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，ghn＝v，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 方法二：任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出ghA

4、B和的值，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，ghAB＝v－v，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 方法三：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v2-h圖線(xiàn)。若在誤差允許的范圍內(nèi)圖線(xiàn)是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線(xiàn)，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 6．誤差分析 (1)系統(tǒng)誤差 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，故重物動(dòng)能的增加量ΔEk稍小于其重力勢(shì)能的減少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差，改進(jìn)的方法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力。 (2)偶然誤差 本實(shí)

5、驗(yàn)的另一個(gè)誤差來(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量，屬于偶然誤差。減小誤差的方法是測(cè)下落距離時(shí)都從O點(diǎn)測(cè)量時(shí)，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完，或者多次測(cè)量取平均值。 7．注意事項(xiàng) (1)應(yīng)盡可能控制實(shí)驗(yàn)條件，即應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有： ①安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線(xiàn)嚴(yán)格豎直，以減小摩擦阻力。 ②應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大其重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大其密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。 (2)實(shí)驗(yàn)中，提紙帶的手要保持不動(dòng)，且保證紙帶豎直，接通電源后，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再松開(kāi)紙帶。 (3)驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)，可以不測(cè)出重物質(zhì)量，只要

6、比較v和ghn大小是否相等即可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。 (4)測(cè)量下落高度時(shí)，為了減小測(cè)量值h的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些，紙帶也不易過(guò)長(zhǎng)，有效長(zhǎng)度可在60 cm～80 cm之間。 (5)速度不能用vn＝gtn或vn＝計(jì)算，否則犯了用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的錯(cuò)誤。 考點(diǎn)一| 實(shí)驗(yàn)原理與操作 本實(shí)驗(yàn)是利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，測(cè)出物體下落的高度及初、末位置的速度是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，操作上注意三點(diǎn)： (1)重物要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 (2)紙帶要保持豎直。 (3)先接通電源再放開(kāi)紙帶。 1．(2016·全國(guó)卷Ⅰ)某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能

7、守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz。打出紙帶的一部分如圖(b)所示。 (a)　　　　　(b) 該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推算。 (1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫(xiě)出：在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為_(kāi)_____________，打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為_(kāi)_______________，重物下落的加速度大小為_(kāi)_______________。 (2)已測(cè)得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；

8、當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為_(kāi)_______Hz。 解析：(1)重物勻加速下落時(shí)，根據(jù)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得 vB＝＝f(s1＋s2) vC＝＝f(s2＋s3) 由s3－s1＝2aT2得 a＝。 (2)根據(jù)牛頓第二定律，有mg－kmg＝ma 根據(jù)以上各式，化簡(jiǎn)得f＝ 代入數(shù)據(jù)可得f≈40 Hz。 答案：(1)f(s1＋s2)　f(s2＋s3)　f2(s3－s1) (2)40 2．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，電源的頻率為50 Hz，依次打出的點(diǎn)為0、1、2、3、4…n。則： (1

9、)如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來(lái)驗(yàn)證，必須直接測(cè)量的物理量為_(kāi)_______________________、________________________、________________________，必須計(jì)算出的物理量為_(kāi)_____________________、______________________，驗(yàn)證的表達(dá)式為_(kāi)_______________________。 (2)下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是________。(填寫(xiě)步驟前面的字母) A．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上 B．先接通電源，再松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落 C．取下紙帶，更換新紙帶(或?qū)⒓垘Х瓊€(gè)面)重

10、新做實(shí)驗(yàn) D．將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手提著紙帶 E．選擇一條紙帶，用刻度尺測(cè)出重物下落的高度h1、h2、h3…h(huán)n，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3…vn F．分別算出mv和mghn，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)看是否相等 解析：(1)要驗(yàn)證從第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶對(duì)應(yīng)重物的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒，應(yīng)測(cè)出第2點(diǎn)到第6點(diǎn)的距離h26，要計(jì)算第2點(diǎn)和第6點(diǎn)的速度v2和v6，必須測(cè)出第1點(diǎn)到第3點(diǎn)之間的距離h13和第5點(diǎn)到第7點(diǎn)之間的距離h57，機(jī)械能守恒的表達(dá)式為mgh26＝mv－mv。 (2)實(shí)驗(yàn)操作順序?yàn)锳DBCEF。 答案：(1)第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的距離h

11、26 第1點(diǎn)到第3點(diǎn)之間的距離h13 第5點(diǎn)到第7點(diǎn)之間的距離h57 第2點(diǎn)的瞬時(shí)速度v2　第6點(diǎn)的瞬時(shí)速度v6 mgh26＝mv－mv (2)ADBCEF 考點(diǎn)二| 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 1．速度計(jì)算 計(jì)算速度必須用v＝，要注意兩個(gè)誤區(qū)： (1)本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，不能用該定律的推導(dǎo)式v＝求速度。 (2)要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求速度，不能用理論推導(dǎo)式v＝gt求速度。 2．系統(tǒng)誤差 由于重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力做功，重物減少的重力勢(shì)能大于其增加的動(dòng)能。 1．某個(gè)小組的三位同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖所示。其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn)。

12、該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量O到A、B、C各點(diǎn)的距離，用重物在OB段的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為f＝50 Hz，設(shè)重物質(zhì)量為1.00 kg。 (1)甲同學(xué)發(fā)現(xiàn)，圖中的B是除起始點(diǎn)外打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第n個(gè)點(diǎn)。因此他用vB＝ngT(T是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期)計(jì)算B點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻重物的速度，這樣得到的結(jié)果是重物重力勢(shì)能的減少量________其動(dòng)能的增加量(選填“大于”“小于”或“等于”)。 (2)乙同學(xué)認(rèn)為，可以利用O點(diǎn)到B點(diǎn)的距離hB計(jì)算B點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻重物的速度vB＝，這樣得到的結(jié)果是重物重力勢(shì)能的減少量________其動(dòng)能的增加量(

13、選填“大于”“小于”或“等于”)。 (3)丙同學(xué)用AC段的平均速度作為跟B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度，若hA＝9.51 cm，hB＝12.42 cm，hC＝15.70 cm，則丙同學(xué)算得該段重物重力勢(shì)能的減少量為_(kāi)_______J，而其動(dòng)能的增加量為_(kāi)_______J(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)，這樣得到的結(jié)果是重物重力勢(shì)能的減少量________其動(dòng)能的增加量(選填“大于”“小于”或“等于”)。 (4)你認(rèn)為三個(gè)同學(xué)的數(shù)據(jù)處理方法中較合理的是________(選填“甲”“乙”或“丙”)。 解析：甲同學(xué)用vB＝ngT求得的速度vB為理論值，但由于實(shí)驗(yàn)中存在阻力，重物實(shí)際下落的高度比理論上在n

14、T時(shí)間內(nèi)下落的小，故造成其重力勢(shì)能的減少量小于其動(dòng)能的增加量，乙同學(xué)用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒，故得到的重物重力勢(shì)能的減少量等于其動(dòng)能的增加量。在丙同學(xué)的驗(yàn)證中，重物重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mghB＝1.22 J；vB＝＝1.55 m/s，故其增加的動(dòng)能ΔEk＝mv＝×1×1.552 J＝1.20 J，由于實(shí)驗(yàn)中阻力做功，使得重物重力勢(shì)能的減少量略大于其動(dòng)能的增加量，丙同學(xué)的數(shù)據(jù)處理方法較合理。 答案：(1)小于　(2)等于　(3)1.22　1.20　大于　(4)丙 2．利用如圖所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。 (1)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖所示的一條紙帶

15、。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T(mén)。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能變化量ΔEp＝________，其動(dòng)能變化量ΔEk＝______________。 (2)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重物重力勢(shì)能的減少量大于其動(dòng)能的增加量，原因是________。 A．利用公式v＝gt計(jì)算重物速度 B．利用公式v＝計(jì)算重物速度 C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 D．沒(méi)有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法 (3)某同學(xué)想用下述方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)

16、，測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2-h圖象，并做如下判斷：若圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，則重物下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確。 解析：(1)從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能減少mghB，變化量為－mghB；打B點(diǎn)的速度vB＝，動(dòng)能Ek＝，聯(lián)立解得Ek＝m，故動(dòng)能變化量ΔEk＝Ek－0＝m。 (2)由于存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，導(dǎo)致重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，多次實(shí)驗(yàn)取平均值無(wú)法消除系統(tǒng)誤差，故選項(xiàng)C對(duì)。 (3)在重物下落h的過(guò)程中，若阻力f恒定，由動(dòng)能定理得mgh－fh＝，解得v2＝2h，故v2-h圖

17、象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，但還要看圖線(xiàn)的斜率在誤差允許的范圍內(nèi)是否接近2g，才能判斷重物下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。 答案：(1)－mghB　m　(2)C (3)該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確。在重物下落h的過(guò)程中，若阻力f恒定，根據(jù)動(dòng)能定理得mgh－fh＝mv2－0，則v2＝2h，可知v2-h圖象就是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。要想通過(guò)v2-h圖象的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖象的斜率是否接近2g 考點(diǎn)三| 實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新 在高考中往往以本實(shí)驗(yàn)為背景，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開(kāi)放性、探究性、創(chuàng)新性等特點(diǎn)。 常見(jiàn)創(chuàng)新視角 實(shí)驗(yàn)器材及裝置的替換 速度測(cè)量方法

18、的改進(jìn) 測(cè)量紙帶上各點(diǎn)速度→由光電門(mén)計(jì)算速度 實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新 利用自由落體運(yùn)動(dòng)的閃光照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 1．利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示： (1)實(shí)驗(yàn)步驟： ①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平； ②用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光條的寬度l＝9.30 mm； ③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門(mén)中心之間的距離s＝______cm； ④將滑塊移至光電門(mén)1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動(dòng)時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過(guò)光電門(mén)2； ⑤從數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)出)上分別讀出擋光條通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2所用的時(shí)間Δt1和Δt2； ⑥用天平稱(chēng)出

19、滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱(chēng)出托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m。 (2)用表示直接測(cè)量量的字母寫(xiě)出下列所示物理量的表達(dá)式： ①滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1＝____________和v2＝____________。 ②當(dāng)滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí)，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤(pán)和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1＝______________和Ek2＝______________。 ③在滑塊從光電門(mén)1運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)2的過(guò)程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp＝________(重力加速度為g)。 (3)如果ΔEp＝________，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 解析：(1)由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電

20、門(mén)中心之間的距離 s＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm。 (2)由于擋光條寬度很小，因此將擋光條通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均速度看作瞬時(shí)速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測(cè)量，擋光時(shí)間Δt可從數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出，因此，滑塊通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度為，則通過(guò)光電門(mén)1時(shí)瞬時(shí)速度為，通過(guò)光電門(mén)2時(shí)瞬時(shí)速度為。 由于質(zhì)量事先已用天平測(cè)出，由公式Ek＝mv2可得系統(tǒng)通過(guò)光電門(mén)1時(shí)動(dòng)能Ek1＝(M＋m)，系統(tǒng)通過(guò)光電門(mén)2時(shí)動(dòng)能Ek2＝(M＋m)。末動(dòng)能減初動(dòng)能可得動(dòng)能的增加量。 兩光電門(mén)中心之間的距離s即砝碼和托盤(pán)下落的高度，系統(tǒng)勢(shì)能的減小量ΔEp＝mgs。 (3)最后對(duì)比Ek2－Ek1與ΔEp

21、數(shù)值大小，在誤差允許的范圍內(nèi)相等，就驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 答案：(1)③60.00(59.96～60.04都正確) (2)①　?、?M＋m) (M＋m)?、踡gs　(3)Ek2－Ek1 2.某同學(xué)用如圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。一根細(xì)線(xiàn)系住鋼球，懸掛在鐵架臺(tái)上，鋼球靜止于A(yíng)點(diǎn)。光電門(mén)固定在A(yíng)的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測(cè)出，取v＝作為鋼球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度。記錄鋼球每次下落的高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t，計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之間的勢(shì)能變化大小ΔEp與動(dòng)能變化大小ΔEk，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒

22、。 (1)用ΔEp＝mgh計(jì)算鋼球重力勢(shì)能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)的鋼球球心到________之間的豎直距離。 A．鋼球在A(yíng)點(diǎn)時(shí)的頂端 B．鋼球在A(yíng)點(diǎn)時(shí)的球心 C．鋼球在A(yíng)點(diǎn)時(shí)的底端 (2)用ΔEk＝mv2計(jì)算鋼球動(dòng)能變化的大小。用刻度尺測(cè)量遮光條寬度，示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為_(kāi)_______cm。某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.010 0 s，則鋼球的速度為v＝________ m/s。 (3)下表中數(shù)據(jù)為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果： ΔEp(×10－2J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔEk(×10－2J) 5.04

23、 10.1 15.1 20.0 29.8 他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀(guān)點(diǎn)？請(qǐng)說(shuō)明理由。 (4)請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議。 解析：(1)高度變化要比較鋼球球心的高度變化。 (2)毫米刻度尺讀數(shù)時(shí)要估讀到毫米下一位，由v＝代入數(shù)據(jù)可計(jì)算出相應(yīng)速度。 (3)從表中數(shù)據(jù)可知ΔEk＞ΔEp，若有空氣阻力，則應(yīng)為ΔEk＜ΔEp，所以不同意他的觀(guān)點(diǎn)。 (4)實(shí)驗(yàn)中遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度大于鋼球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度，因此由ΔEk＝mv2計(jì)算得到的ΔEk偏大，要減小ΔEp與ΔEk的差異可考慮將遮光條的速度折算為鋼球的速度。 答案

24、：(1)B　(2)1.50(1.49～1.51都算對(duì))　1.50(1.49～1.51都算對(duì))　(3)不同意，因?yàn)榭諝庾枇?huì)造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp　(4)分別測(cè)出光電門(mén)和球心到懸點(diǎn)的長(zhǎng)度L和l，計(jì)算ΔEk時(shí)，將v折算成鋼球的速度v′＝v 3．(2019·德州模擬)某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，如圖所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過(guò)計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表所示。(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8 m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2 kg，結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 時(shí)刻 t2 t3 t4 t5 速度(m/s) 4.99

25、 4.48 3.98 (1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5＝________m/s。 (2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增加量ΔEp＝________J，動(dòng)能減少量ΔEk＝________J。 (3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得ΔEp________ΔEk(選填“>”“<”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要原因是______________________ _______________________________________________________ _______________________

26、______________________________ _____________________________________________________。 解析：(1)v5＝×10－2 m/s＝3.48 m/s。 (2)重力勢(shì)能的增加量ΔEp＝mgΔh，代入數(shù)據(jù)可得ΔEp≈1.24 J，動(dòng)能減少量為ΔEk＝mv－mv，代入數(shù)據(jù)可得ΔEk≈1.28 J。 (3)由計(jì)算可得ΔEp<ΔEk，主要是由于存在空氣阻力。 答案：(1)3.48　(2)1.24　1.28　(3)<　存在空氣阻力 4．(2019·珠海模擬)用如圖所示裝置可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，輕繩兩端系著質(zhì)量相等的物

27、塊A、B，物塊B上放一金屬片C，鐵架臺(tái)上固定一金屬圓環(huán)，圓環(huán)處在物塊B的正下方。開(kāi)始時(shí)，金屬片C與圓環(huán)間的高度為h，A、B、C由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。當(dāng)物塊B穿過(guò)圓環(huán)時(shí)，金屬片C被擱置在圓環(huán)上，兩光電門(mén)分別固定在鐵架臺(tái)P1、P2處，通過(guò)數(shù)字計(jì)時(shí)器可測(cè)出物塊B從P1旁運(yùn)動(dòng)到P2旁所用時(shí)間t，已知重力加速度為g。 (1)若測(cè)得P1、P2之間的距離為d，則物塊B剛穿過(guò)圓環(huán)后的速度v＝________。 (2)若物塊A、B的質(zhì)量均用M表示，金屬片C的質(zhì)量用m表示，該實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了下面選項(xiàng)________中的等式成立，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 A．mgh＝Mv2 B．mgh＝Mv2 C．mgh＝(2M

28、＋m)v2 D．mgh＝(M＋m)v2 (3)本實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量?jī)x器除了刻度尺、數(shù)字計(jì)時(shí)器外，還需要________。 (4)改變物塊B的初始位置，使物塊B從不同的高度由靜止下落穿過(guò)圓環(huán)，記錄每次金屬片C與圓環(huán)間的高度h以及物塊B從P1旁運(yùn)動(dòng)到P2旁所用時(shí)間t，則以h為縱軸，以________(選填“t2”或“”)為橫軸，通過(guò)描點(diǎn)作出的圖線(xiàn)是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，該直線(xiàn)的斜率k＝________(用m、g、M、d表示)。 解析：(1)A、B兩物塊質(zhì)量相等，當(dāng)物塊B通過(guò)圓環(huán)、金屬片C被擱置在圓環(huán)上后，A、B均做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，故v＝。 (2)A、B、C從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至金屬片C被擱置在圓環(huán)上的過(guò)程中，系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能為ΔEp＝mgh，系統(tǒng)增加的動(dòng)能為ΔEk＝(2M＋m)v2，只要ΔEp＝mgh＝ΔEk＝(2M＋m)v2，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，C正確。 (3)從第(2)問(wèn)驗(yàn)證的表達(dá)式分析，速度可由v＝求解，質(zhì)量需要用天平來(lái)測(cè)量。 (4)將v＝代入mgh＝(2M＋m)v2得mgh＝ (2M＋m)()2，即h＝，所以應(yīng)以為橫軸，h-圖線(xiàn)的斜率為k＝。 答案：(1)　(2)C　(3)天平　(4)　 - 12 -