2023版高考物理一轮复习第五章机械能实验六验证机械能守恒定律学生用书.docx
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1、实验六验证机械能守恒定律必备知识自主排查一、基本原理与操作原理装置图操作要领1.安装:打点计时器竖直安装;纸带沿竖直方向拉直2重物:选密度大、质量大的金属块,且靠近计时器处释放3打纸带:让重物自由下落,纸带上打下一系列小点4选纸带:点迹清晰,且所选用的点在同一条直线上5求速度:应用vnhn+1hn12T,不能用vn2ghn或vngt计算二、数据处理1数据处理(1)方案一:利用起始点和第n点计算:验证ghn12vn2.(2)方案二:任取较远两点A、B:验证ghAB12vB212vA2.(3)方案三:图象法,描绘出12v2 h图线2结论在实验误差允许的范围内,自由落体运动过程机械能守恒(1)打点计
2、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、体积小的物体(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vnhn+1hn12T,不能用vn2ghn或vngt来计算(5)误差分析: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(6)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Ek12mvn2必定稍小于重力势能的减少量mghn,改进办法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力关键能力分层突破考点一教材原
3、型实验例1. 2021浙江6月,17(1)在“验证机械能守恒定律”实验中,小王用如图1所示的装置,让重物从静止开始下落,打出一条清晰的纸带,其中的一部分如图2所示O点是打下的第一个点,A、B、C和D为另外4个连续打下的点为了减小实验误差,对体积和形状相同的重物,实验时选择密度大的理由是_.已知交流电频率为50 Hz,重物质量为200 g,当地重力加速度g9.80 m/s2,则从O点到C点,重物的重力势能变化量的绝对值|Ep|_ J、C点的动能EkC_ J(计算结果均保留3位有效数字)比较EkC与|Ep|的大小,出现这一结果的原因可能是_(单选)A.工作电压偏高B存在空气阻力和摩擦力C接通电源前
4、释放了纸带跟进训练1.图1是某同学验证机械能守恒定律实验装置,提供的器材如下:铁架台、电磁打点计时器、学生电源、导线若干、纸带、重锤、铁夹当地的重力加速度g取9.8 m/s2.(1)该同学还应补充的实验器材是_(2)图2是该同学将打点计时器连接至电源的情景,连接正确的是_(选填“甲”或“乙”)(3)该同学实验中得到的一条纸带如图3所示,已知打点计时器无故障且打点正常,则由此判断该同学在实验中最有可能的错误操作是_.(4)该同学正确操作得到的一条纸带如图4所示,O点对应重锤做自由下落的初始位置,该同学从合适位置开始选取了三个连续的计数点A、B、C,OB距离已在图中标出该同学选择OB段来验证重锤的
5、机械能是否守恒,则他还需_A仅测量AC段的长度B仅测量AB段的长度C仅测量OC段的长度D仅测量OA段的长度(5)他又从几条纸带中选择了一条较为理想的纸带,用刻度尺测得各计数点到O点的距离(单位:mm)如图5所示,图中O点是打点计时器打出的第一个点,A、B、C、D、E分别是每打两个点取出的计数点(所用电源的频率为50 Hz)若重锤的质量为0.05 kg,则重锤从开始下落到打B点时,减少的重力势能是_ J,从重锤下落到打B点时增加的动能是_ J,据此得到的结论是_.(g取9.8 m/s2,结果保留三位有效数字)2“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示(1)甲同学按照正确的实验步骤操作后,选出一
6、条纸带如图乙所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点从纸带上A点开始每隔一个点取一个计数点,取得两个计数点B和C.该同学用刻度尺测得OA9.62 cm,OB15.89 cm,OC23.64 cm.已知打点计时器每0.02 s打一个点,重物的质量为m1.00 kg,取g9.80 m/s2.在OB段运动过程中,重物重力势能的减少量Ep_ J,重物动能的增加量Ek_ J(结果保留3位有效数字)(2)乙同学利用该实验装置测定当地的重力加速度打点计时器打出一条纸带后,他利用纸带测出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,以h为横轴,以12v2为纵轴画出了如图丙所示的图线
7、图线明显偏离原点,若测量和计算都没有问题,其原因可能是_测出图线的斜率为k,如果阻力不可忽略,则当地的重力加速度g_(填“大于”“等于”或“小于”)k.考点二拓展创新实验例2. 2021河北卷,12某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系所用器材有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、50 g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块(质量为200 g,其上可放钩码)、刻度尺当地重力加速度为9.80ms2.实验操作步骤如下:安装器材,调整两个光电门距离为50.00 cm,轻细绳下端悬挂4个钩码,如图1所示;接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间,并计算出滑块通过
8、两个光电门的速度;保持绳下端悬挂4个钩码不变,在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量,重复上述步骤;完成5次测量后,计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统(包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量Ek及系统总机械能的减少量E,结果如下表所示M/kg0.2000.2500.3000.3500.400Ek/J0.5820.4900.3920.2940.195E/J0.3980.4900.6860.785回答下列问题:(1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为_ J(保留3位有效数字);(2)步骤中的表格所缺数据为_;(3)以M为横轴,E为纵轴,选择合适的标度,
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