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实验六验证机械能守恒定律实验六验证机械能守恒定律实验基础实验基础命题研析命题研析实验基础实验基础 落实基础落实基础提炼精髓提炼精髓注意事项注意事项1.1.安装打点计时器时要竖直架稳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使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力阻力.2.2.重物应选用质量大、体积小、密度大的材料重物应选用质量大、体积小、密度大的材料.3.3.应先接通电源应先接通电源,让打点计时器正常工作后让打点计时器正常工作后,再松开纸带让重物下落再松开纸带让重物下落.4.4.纸带长度应选用纸带长度应选用60 cm60 cm左右为宜左右为宜,应选用点迹清晰的纸带进行测量应选用点迹清晰的纸带进行测量.误差分析误差分析 误差误差产生原因产生原因减小方法减小方法偶然误差偶然误差测量长度带来的误差测量长度带来的误差(1)(1)测量距离时应从计数点测量距离时应从计数点0 0量起，量起，且选取的计数点离且选取的计数点离0 0点远些点远些（2 2）多次测量取平均值）多次测量取平均值系统误差系统误差重物和纸带下落过程重物和纸带下落过程中存在阻力中存在阻力（1 1）打点计时器安装稳固，并使）打点计时器安装稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减少两限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力摩擦阻力（2 2）选用质量大、体积小的物体）选用质量大、体积小的物体作重物，以减少空气阻力的影响作重物，以减少空气阻力的影响命题研析命题研析 突破常规突破常规注重创新注重创新命题点一常规实验命题点一常规实验【典例典例1 1】(2016(2016北京卷北京卷,21),21)利用图利用图1 1装置做装置做“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”实验实验.(1)(1)为验证机械能是否守恒为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的需要比较重物下落过程中任意两点间的()A.A.动能变化量与势能变化量动能变化量与势能变化量B.B.速度变化量和势能变化量速度变化量和势能变化量C.C.速度变化量和高度变化量速度变化量和高度变化量解析解析:(1)(1)重物下落过程中重物下落过程中,重力势能减少重力势能减少,动能增加动能增加,验证机械能守恒时应比验证机械能守恒时应比较重物下落过程中任意两点间动能变化量与势能变化量大小是否相等较重物下落过程中任意两点间动能变化量与势能变化量大小是否相等,选项选项A A正确正确.答案答案:(1)A(1)A(2)(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开、电磁打点计时器、导线及开关外关外,在下列器材中在下列器材中,还必须使用的两种器材是还必须使用的两种器材是()A.A.交流电源交流电源B.B.刻度尺刻度尺C.C.天平天平(含砝码含砝码)解析解析:(2)(2)电磁打点计时器需要交流电源电磁打点计时器需要交流电源,测量纸带上点间的距离需要刻度尺测量纸带上点间的距离需要刻度尺,实验中无需知道重物的质量实验中无需知道重物的质量,故选故选A,B.A,B.答案答案:(2)AB(2)AB(3)(3)实验中实验中,先接通电源先接通电源,再释放重物再释放重物,得到如图得到如图2 2所示的一条纸带所示的一条纸带.在纸带上选在纸带上选取三个连续打出的点取三个连续打出的点A,B,C,A,B,C,测得它们到起始点测得它们到起始点O O的距离分别为的距离分别为h hA A,h,hB B,h,hC C.已知已知当地重力加速度为当地重力加速度为g,g,打点计时器打点的周期为打点计时器打点的周期为T.T.设重物的质量为设重物的质量为m.m.从打从打O O点点到打到打B B点的过程中点的过程中,重物的重力势能变化量重物的重力势能变化量EEp p=,动能变化量动能变化量EEk k=.(4)(4)大多数学生的实验结果显示大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量重力势能的减少量大于动能的增加量,原因原因是是()解析解析:(4)(4)实验中由于重物下落不可避免受到阻力作用实验中由于重物下落不可避免受到阻力作用,因此减少的重力势能因此减少的重力势能大于重物获得的动能大于重物获得的动能,选项选项C C正确正确.答案答案:(4)C(4)C(5)(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒某同学想用下述方法研究机械能是否守恒,在纸带上选取多个计数点在纸带上选取多个计数点,测测量它们到起始点量它们到起始点O O的距离的距离h,h,计算对应计数点的重物速度计算对应计数点的重物速度v,v,描绘描绘v v2 2-h h图像图像,并做并做如下判断如下判断:若图像是一条过原点的直线若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒则重物下落过程中机械能守恒,请你请你分析论证该同学的判断依据是否正确分析论证该同学的判断依据是否正确.答案答案:(5)(5)见解析见解析反思总结反思总结正确认识实验中的阻力正确认识实验中的阻力利用自由落体法验证机械能守恒的实验中利用自由落体法验证机械能守恒的实验中,空气阻力和摩擦阻力是实验中所受空气阻力和摩擦阻力是实验中所受阻力的两个重要来源阻力的两个重要来源;阻力对实验的影响是阻力对实验的影响是:重力势能的减小量大于动能的重力势能的减小量大于动能的增加量增加量;物体实际下落的加速度小于重力加速度物体实际下落的加速度小于重力加速度.为了减小阻力带来的实验为了减小阻力带来的实验误差误差,实验中采取如下措施实验中采取如下措施:要让打点计时器的限位孔竖直放置要让打点计时器的限位孔竖直放置;纸带拉直纸带拉直后释放后释放;选择重物时选择重物时,选用质量大、密度大的物体选用质量大、密度大的物体.题组训练题组训练1.1.图图(甲甲)是探究重物下落过程中动能与重力势能相互转化问题的实验装置是探究重物下落过程中动能与重力势能相互转化问题的实验装置.(1)(1)部分实验操作步骤如下部分实验操作步骤如下,请将步骤补充完整请将步骤补充完整.按实验要求安装好实验装置按实验要求安装好实验装置;使重物靠近打点计时器使重物靠近打点计时器,接着先接着先,后后,打点计时打点计时器在纸带上打下一系列的点器在纸带上打下一系列的点.解析解析:(1)(1)使用打点计时器应先接通电源后放开纸带使用打点计时器应先接通电源后放开纸带.答案答案:(1)(1)接通电源释放纸带接通电源释放纸带 (2)(2)图图(乙乙)是一条符合实验要求的纸带是一条符合实验要求的纸带,O,O点为打点计时器打下的第一点点为打点计时器打下的第一点.分别测分别测出若干连续点出若干连续点A,B,CA,B,C与与O O点之间的距离点之间的距离h h1 1,h,h2 2,h,h3 3.已知打点计时器的打点周期已知打点计时器的打点周期为为T,T,重物质量为重物质量为m,m,重力加速度为重力加速度为g,g,可得重物下落到可得重物下落到B B点的过程中点的过程中,重物增加的动重物增加的动能为能为,减少的重力势能为减少的重力势能为.(3)(3)取打下取打下O O点时重物的重力势能为零点时重物的重力势能为零,计算出该重物下落不同高度计算出该重物下落不同高度h h时所对应的时所对应的动能动能E Ek k和重力势能的绝对值和重力势能的绝对值|E|Ep p|,|,建立坐标系建立坐标系,横轴表示横轴表示h,h,纵轴表示纵轴表示|E|Ep p|和和E Ek k,根根据实验数据在图据实验数据在图(丙丙)中分别绘出对应的图线中分别绘出对应的图线I(|EI(|Ep p|-h)h)和图线和图线(E(Ek k-h),h),图线图线I,I,的斜率分别为的斜率分别为k k1 1,k,k2 2.图线图线I I与图线与图线不重合的主要原因是不重合的主要原因是 .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.(.(用用k k1 1,k,k2 2表示表示)2.2.(2017(2017天津卷天津卷,9),9)如图所示如图所示,打点计时器固定在铁架台上打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从使重物带动纸带从静止开始自由下落静止开始自由下落,利用此装置验证机械能守恒定律利用此装置验证机械能守恒定律.(1)(1)对于该实验对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是下列操作中对减小实验误差有利的是 .A.A.重物选用质量和密度较大的金属锤重物选用质量和密度较大的金属锤B.B.两限位孔在同一竖直面内上下对正两限位孔在同一竖直面内上下对正C.C.精确测量出重物的质量精确测量出重物的质量D.D.用手托稳重物用手托稳重物,接通电源后接通电源后,撤手释放重物撤手释放重物 解析解析:(1)(1)选用质量和密度较大的金属锤、限位孔对正都可以降低摩擦力对选用质量和密度较大的金属锤、限位孔对正都可以降低摩擦力对实验结果造成的误差实验结果造成的误差,所以所以A,BA,B正确正确;动能与重力势能表达式中都含有质量动能与重力势能表达式中都含有质量m,m,可以约去可以约去,故不需要测量出质量故不需要测量出质量m m的具体数值的具体数值,C,C错误错误;重锤下落之前应该用手重锤下落之前应该用手拉住纸带上端而不是用手托住重锤拉住纸带上端而不是用手托住重锤,D,D错误错误.答案答案:(1)AB(1)AB(2)(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz50 Hz的交流电源上的交流电源上,按正确操按正确操作得到了一条完整的纸带作得到了一条完整的纸带,由于纸带较长由于纸带较长,图中有部分未画出图中有部分未画出,如图所示如图所示.纸带纸带上各点是打点计时器打出的计时点上各点是打点计时器打出的计时点,其中其中O O点为纸带上打出的第一个点点为纸带上打出的第一个点.重物下重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出,利用下列测量值能完成验证机械利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有能守恒定律的选项有.A.OA,ADA.OA,AD和和EGEG的长度的长度B.OC,BCB.OC,BC和和CDCD的长度的长度C.BD,CFC.BD,CF和和EGEG的长度的长度D.AC,BDD.AC,BD和和EGEG的长度的长度答案答案:(2)BC(2)BC命题点二创新实验命题点二创新实验(1)(1)用用EEp p=mgh=mgh计算钢球重力势能变化的大小计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度式中钢球下落高度h h应测量释放应测量释放时的钢球球心到时的钢球球心到之间的竖直距离之间的竖直距离.A.A.钢球在钢球在A A点时的顶端点时的顶端B.B.钢球在钢球在A A点时的球心点时的球心C.C.钢球在钢球在A A点时的底端点时的底端解析解析:(1)(1)钢球下落的高度为初末位置球心间的竖直距离钢球下落的高度为初末位置球心间的竖直距离,所以选所以选B.B.答案答案:(1)B(1)B答案答案:(2)1.50(1.49(2)1.50(1.491.511.51都算对都算对)1.50(1.491.50(1.491.511.51都算对都算对)答案答案:(3)(3)见解析见解析(3)(3)下表为该同学的实验结果下表为该同学的实验结果:EEp p(1010-2-2 J)J)4.8924.8929.7869.78614.6914.6919.5919.5929.3829.38EEk k(1010-2-2 J)J)5.045.0410.110.115.115.120.020.029.829.8他发现表中的他发现表中的EEp p与与EEk k之间存在差异之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的认为这是由于空气阻力造成的.你是否你是否同意他的观点同意他的观点?请说明理由请说明理由.解析解析:(3)(3)若是空气阻力造成的若是空气阻力造成的,则则EEk k应小于应小于EEp p,根据表格数据知不是空气阻根据表格数据知不是空气阻力造成的力造成的.(4)(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议请你提出一条减小上述差异的改进建议.【创新创新/改进点分析改进点分析】1.1.实验器材的改进实验器材的改进(1)(1)利用细线系住钢球来验证机械能守恒定律利用细线系住钢球来验证机械能守恒定律.(2)(2)利用光电门测钢球经过光电门的速度利用光电门测钢球经过光电门的速度.2.2.误差分析与实验改进误差分析与实验改进(1)(1)因空气阻力做负功因空气阻力做负功,导致导致EEk kEEEp p,是钢是钢球的速度计算方法有误引起的球的速度计算方法有误引起的.(2)(2)改进方案应从修正钢球速度大小的角度来设计改进方案应从修正钢球速度大小的角度来设计.题组训练题组训练1.1.如图如图(甲甲)所示所示,一位同学利用光电计时器等器材做一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验的实验.有一直径为有一直径为d d、质量为、质量为m m的金属小球由的金属小球由A A处从静止释放处从静止释放,下落过程中能下落过程中能通过通过A A处正下方、固定于处正下方、固定于B B处的光电门处的光电门,测得测得A,BA,B间的距离为间的距离为H(HH(Hd),d),光电计时光电计时器记录下小球通过光电门的时间为器记录下小球通过光电门的时间为t,t,当地的重力加速度为当地的重力加速度为g,g,则则:(1)(1)如图如图(乙乙)所示所示,用游标卡尺测得小球的直径用游标卡尺测得小球的直径d=d=mm.mm.(2)(2)小球经过光电门小球经过光电门B B时的速度表达式为时的速度表达式为v=v=.(4)(4)实验中发现动能增加量实验中发现动能增加量EEk k总是稍小于重力势能减少量总是稍小于重力势能减少量EEp p,增大下落高增大下落高度后度后,则则EEp p-E-Ek k将将(选填选填“增大增大”“”“减小减小”或或“不变不变”).).解析解析:(4)(4)由于该过程中有阻力做功由于该过程中有阻力做功,而高度越高而高度越高,阻力做功越多阻力做功越多,故增大下落故增大下落高度后高度后,则则EEp p-E-Ek k将增大将增大.答案答案:(4)(4)增大增大2.2.(2018(2018辽宁沈阳模拟辽宁沈阳模拟)某同学利用图示装置某同学利用图示装置,验证以下两个规律验证以下两个规律:两物块通过不可伸长的细绳相连接两物块通过不可伸长的细绳相连接,沿绳分速度相等沿绳分速度相等;系统机械能守恒系统机械能守恒.P,Q,RP,Q,R是三个完全相同的物块是三个完全相同的物块,P,Q,P,Q用细绳连接用细绳连接,放在水平气垫桌上放在水平气垫桌上,物块物块R R与轻滑与轻滑轮连接轮连接,放在正中间放在正中间,a,b,c,a,b,c是三个光电门是三个光电门,调整三个光电门的位置调整三个光电门的位置,能实现同时能实现同时遮光遮光,整个装置无初速度释放整个装置无初速度释放.(1)(1)为了能完成实验为了能完成实验,除了记录除了记录P,Q,RP,Q,R上三个遮光片的遮光时间上三个遮光片的遮光时间t t1 1,t,t2 2,t,t3 3外外.还必还必须测量的物理量有须测量的物理量有.A.P,Q,RA.P,Q,R的质量的质量M B.M B.两个定滑轮的距离两个定滑轮的距离d dC.RC.R的遮光片到的遮光片到c c的距离的距离H D.H D.遮光片的宽度遮光片的宽度x x答案答案:(1)BCD(1)BCD(2)(2)根据装置可以分析出根据装置可以分析出P,QP,Q的速度大小相等的速度大小相等,验证表达式为验证表达式为.(3)(3)若要验证物块若要验证物块R R与物块与物块P P的沿绳分速度相等的沿绳分速度相等,则验证表达式为则验证表达式为.(4)(4)若已知当地重力加速度若已知当地重力加速度g,g,则验证系统机械能守恒的表达式为则验证系统机械能守恒的表达式为.点击进入点击进入 综合检测综合检测
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