2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件.ppt

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實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn) 例1 2017 天津理綜 9 2 如圖1所示 打點(diǎn)計(jì)時器固定在鐵架臺上 使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落 利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 圖1 1 對于該實(shí)驗(yàn) 下列操作中對減小實(shí)驗(yàn)誤差有利的是 A 重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘B 兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正C 精確測量出重物的質(zhì)量D 用手托穩(wěn)重物 接通電源后 撤手釋放重物 2 某實(shí)驗(yàn)小組利用上述裝置將打點(diǎn)計(jì)時器接到50Hz的交流電源上 按正確操作得到了一條完整的紙帶 由于紙帶較長 圖中有部分未畫出 如圖2所示 紙帶上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時器打出的計(jì)時點(diǎn) 其中O點(diǎn)為紙帶上打出的第一個點(diǎn) 重物下落高度應(yīng)從紙帶上計(jì)時點(diǎn)間的距離直接測出 利用下列測量值能完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的選項(xiàng)有 A OA AD和EG的長度B OC BC和CD的長度C BD CF和EG的長度D AC BD和EG的長度 圖2 2 由EG的長度可求出打F點(diǎn)的速度v2 打O點(diǎn)的速度v1 0 但求不出OF之間的距離h 故選項(xiàng)A錯誤 由BC和CD的長度可求出打C點(diǎn)的速度v2 打O點(diǎn)的速度v1 0 有OC之間的距離h 可以來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 故選項(xiàng)B正確 由BD和EG的長度可分別求出打C點(diǎn)的速度v1和打F點(diǎn)的速度v2 有CF之間的距離h 可以來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 故選項(xiàng)C正確 AC BD和EG的長度可分別求出打B C F三點(diǎn)的速度 但BC CF BF之間的距離都無法求出 無法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 故選項(xiàng)D錯誤 答案 1 AB 2 BC 變式訓(xùn)練1 2016 北京理綜 21 2 利用圖3裝置做 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn) 圖3 1 為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒 需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的 A 動能變化量與勢能變化量B 速度變化量與勢能變化量C 速度變化量與高度變化量 2 除帶夾子的重物 紙帶 鐵架臺 含鐵夾 電磁打點(diǎn)計(jì)時器 導(dǎo)線及開關(guān)外 在下列器材中 還必須使用的兩種器材是 A 交流電源B 刻度尺C 天平 含砝碼 3 實(shí)驗(yàn)中 先接通電源 再釋放重物 得到圖4所示的一條紙帶 在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點(diǎn)A B C 測得它們到起始點(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)時器打點(diǎn)的周期為T 設(shè)重物的質(zhì)量為m 從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中 重物的重力勢能變化量 Ep 動能變化量 Ek 圖4 解析 1 重物下落過程中重力勢能減少 動能增加 故該實(shí)驗(yàn)需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的動能變化量與勢能變化量在誤差范圍內(nèi)是否相等 A項(xiàng)正確 4 重物重力勢能的減少量略大于動能的增加量 是因?yàn)橹匚锵侣溥^程中存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 C正確 熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 例2 2017 內(nèi)蒙古巴市一中期末 如圖5甲所示 一位同學(xué)利用光電計(jì)時器等器材做 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn) 有一直徑為d 質(zhì)量為m的金屬小球由A處從靜止釋放 下落過程中能通過A處正下方 固定于B處的光電門 測得A B間的距離為H H d 光電計(jì)時器記錄下小球通過光電門的時間為t 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 則 圖5 4 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)動能增加量 Ek總是稍小于重力勢能減少量 Ep 增大下落高度后 則 Ep Ek將 選填 增大 減小 或 不變 1 如圖乙所示 用游標(biāo)卡尺測得小球的直徑d mm 2 小球經(jīng)過光電門B時的速度表達(dá)式為v 圖6 4 由于該過程中有阻力做功 而高度越高 阻力做功越多 故增大下落高度后 則 Ep Ek將增大 解析 1 由圖可知 主尺刻度為7mm 游標(biāo)對齊的刻度為8 故讀數(shù)為7mm 8 0 05mm 7 40mm 變式訓(xùn)練2 2016 全國卷 22 某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究 實(shí)驗(yàn)裝置如圖7所示 輕彈簧放置在光滑水平桌面上 彈簧左端固定 右端與一物塊接觸而不連接 紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時器并與物塊連接 向左推物塊使彈簧壓縮一段距離 由靜止釋放物塊 通過測量和計(jì)算 可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能 圖7 1 實(shí)驗(yàn)中涉及到下列操作步驟 把紙帶向左拉直 松手釋放物塊 接通打點(diǎn)計(jì)時器電源 向左推物塊使彈簧壓縮 并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是 填入代表步驟的序號 2 圖8中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果 打點(diǎn)計(jì)時器所用交流電的頻率為50Hz 由M紙帶所給的數(shù)據(jù) 可求出在該紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時的速度為 m s 比較兩紙帶可知 填 M 或 L 紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢能大 圖8 答案 1 2 1 29M 解析 1 根據(jù)該實(shí)驗(yàn)操作過程 正確步驟應(yīng)為 1 用如圖9甲所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 已知打點(diǎn)計(jì)時器打點(diǎn)頻率f 50Hz 圖9 1 實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶如圖乙所示 將第一個打點(diǎn)標(biāo)記為O 選擇點(diǎn)跡清晰且便于測量的連續(xù)5個點(diǎn) 標(biāo)為A B C D E 測出A C E到O點(diǎn)的距離分別為d1 9 51cm d2 15 71cm d3 23 47cm 重物質(zhì)量為0 5kg 當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭 9 80m s2 現(xiàn)選取OC段的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 則OC段重物的重力勢能減少量為 J 動能增加量為 J 計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往是重力勢能的減少量略大于動能的增加量 關(guān)于這個誤差 下列說法正確的是 A 該誤差屬于偶然誤差B 該誤差屬于系統(tǒng)誤差C 可以通過多次測量取平均值的方法來減小該誤差D 可以通過減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來減小該誤差 2 重力勢能的減少量略大于動能的增加量是因?yàn)榇嬖诳諝庾枇湍Σ磷枇?這是實(shí)驗(yàn)原理和儀器帶來的誤差 是系統(tǒng)誤差 故選項(xiàng)B D正確 答案 1 0 770 76 2 BD 2 某同學(xué)根據(jù)機(jī)械能守恒定律 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關(guān)系 1 如圖10甲 將輕質(zhì)彈簧下端固定于鐵架臺 在上端的托盤中依次增加砝碼 測量相應(yīng)的彈簧長度 部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表 由數(shù)據(jù)算得勁度系數(shù)k N m g取9 80m s2 圖10 2 取下彈簧 將其一端固定于氣墊導(dǎo)軌左側(cè) 如圖乙所示 調(diào)整導(dǎo)軌 使滑塊自由滑動時 通過兩個光電門的速度大小 3 用滑塊壓縮彈簧 記錄彈簧的壓縮量x 釋放滑塊 記錄滑塊脫離彈簧后的速度v 釋放滑塊過程中 彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為 4 重復(fù) 3 中的操作 得到v與x的關(guān)系如圖丙 由圖可知 v與x成 關(guān)系 由上述實(shí)驗(yàn)可得結(jié)論 對同一根彈簧 彈性勢能與彈簧的 成正比 答案 1 50 2 相等 3 滑塊的動能 4 正比壓縮量的平方 2 氣墊導(dǎo)軌摩擦力可以忽略 故滑塊做勻速直線運(yùn)動 通過兩個光電門的速度大小相等 3 因忽略摩擦力 釋放滑塊后 彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為滑塊的動能 3 2017 哈爾濱模擬 用如圖11甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1 m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 m2從高處由靜止開始下落 m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn) 對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量 即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒 圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶 0是打下的第一個點(diǎn) 每相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個點(diǎn) 圖中未標(biāo)出 計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示 已知兩個物體m1 100g m2 300g 則 g 9 8m s2 圖11 答案 1 2 40 2 1 161 18在誤差允許的范圍內(nèi) m1 m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 3 9 6