一轮复习学案作业必修2第五章实验六验证机械能守恒定律

卖睑六睑证机械能守恒定律实驱基础梳理紧抓教材夯实基础

一、基本原理与操作原理装置图操作要领⑴安装打点计时器竖直安装；纸带沿竖直方向拉直⑵重物选密度大、质量大的金属块,且靠近计时器处释放⑶打纸带让重物自由下落，纸带上打下一系列小点n4速度应用不能用4JL42g瓦或Vn=gt计算

二、数据处理

1.方案一利用起始点和第〃点计算验证g版=^^

2.方案二任取较远两点A、B验证妙3=/—/

3.方案三图象法，描绘出］2—图线误差分析1减小测量误差一是测下落距离时都从点量起，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2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AEk=%2就必定稍小于重力势能的减少量AE=mghn,改进办法是调整器材的安装，P尽可能地减小阻力实喘热点突砌I实验热点客不击破;热点一教材原型实验命题角度实验原理与操作❶【例1】在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50Hz,依次打出的点为

0、

1、

2、

3、4…加则:图1⑴如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为必须计算出的物理量为、,验证的表达式为O

（2）下列实验步骤操作合理的排列顺序是（填写步骤前面的字母）A.将打点计时器竖直安装在铁架台上B.接通电源，再松开纸带，让重物自由下落C.取下纸带，更换新纸带（或将纸带翻个面）重新做实验D.将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带E.选择打点清晰和

1、2两点距离接近2mm的一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度历、％

2、hy-hn,计算出对应的瞬时速度

01、

02、03…0F.分别算出房和在实验误差范围内看是否相等解析

（1）要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒,应测出第2点到第6点的距离比6,要计算第2点和第6点的速度S和6,必须测出第1点到第3点之间的距离历3和第5点到第7点之间的距离/Z57,机械能守恒

（2）实验操作顺序为ADBCEFo答案

（1）第2点到第6点之间的距离/226第1点的表达式为mgh26—^mvl—即gh26=^vl—^vlo到第3点之间的距离历3第5点到第7点之间的距离/Z57第2点的瞬时速度02第6点的瞬时速度06g/i26=淤2—淤之

（2）ADBCEF命题角度数据处理及误差分析❷［例2］物理兴趣小组的同学用图2甲所示的装置验证机械能守恒定律，电源的频率为50Hz,重锤的质量为加=

1.0kg,重力加速度g=

9.8mH,他们通过正确的实验操作得到了如图乙所示的纸带为了验证机械能是否守恒，该小组同学采用了以下两种方法打点计时器一纸带甲图2⑴方法一打点计时器打下计时点5时重锤的瞬时速度为m/s,在打点计时器打下计时点0和5的过程中，重锤重力势能的变化量为△*=J,重锤动能的变化量为八反=J,若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒2方法二打点计时器打下计时点2时重锤的瞬时速度为m/s,在打点计时器打下计时点2和5的过程中，重锤重力势能的变化量为=J,重锤动能的变化量为J,若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒⑶以上两种方法，你认为选填“方法一”或“方法二”误差小解析1根据匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度可得打点计时器打下计时点5时重锤下落的速度5=券=

1.155JLm/s,则在打点计时器打下计时点0和5的过程中，重锤重力势能的变化量A£p=77ig/25=

0.659J,动能的变化量公=

0.667J加—h11202==

0.575m/s,AE z=mg/5-/2=

0.508J,八£『=5皿法一虎=

0.502几⑶P重锤刚下落的时候运动状态不稳定；方法二避开了刚开始的一段纸带，故方法二误差比较小答案

11.

1550.

6590.

66720.

5750.

5080.5023方法二热点二实验拓展创新命题角度用光电门测速法验证机械能守恒定律❶【例31某同学利用如图3所示的气垫导轨装置验证机械能守恒定律在气垫导轨上安装了两个光电门

1、2,滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连光电f JI光电门遮光条九F滑午L调节旋钮Q图31实验时要调整气垫导轨使气垫导轨水平不挂钩码和细线，接通气源，轻推滑块，使滑块从导轨右端向左端运动，如果滑块,则表示气垫导轨已调整至水平状态⑵不挂钩码和细线，接通气源，滑块从导轨右端向左端运动的过程中，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间实施下列措施能够达到实验目标的是oA.调节尸使轨道左端升高一些B.调节使轨道右端降低一些C.遮光条的宽度应适当大一些D.滑块的质量增大一些E.气源的供气量增大一些⑶实验时，测出光电门

1、2间的距离3遮光条的宽度d,滑块和遮光条的总质量钩码质量加由数字计时器读出遮光条通过光电门

1、2的时间力、t2,则系统机械能守恒成立的表达式是解析1实验时要调整气垫导轨使气垫导轨水平不挂钩码和细线，接通气源，轻推滑块使滑块从导轨右端向左端运动，如果滑块经两个光电门的时间相等，则表示气垫导轨调整至水平状态2不挂钩码和细线，接通气源，滑块从导轨右端向左端运动的过程中，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间说明滑块做加速运动，也就是左端低，右端高所以能够达到实验目的的措施是调节P使轨道左端升高一些或调节使轨道右端降低一些故选项A、B正确

（3）滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度滑块从光电门2运动到光电门1的过程中，钩码的重力势能减少了mgL,系统动能增加了3（机+；（根+A/）.）2,则系统机械能守恒成立的表达式是答案

（1）经两个光电门的时间相等

（2）AB命题角度利用圆周运动和平抛运动验证机械能守恒定律❷[例4]某同学利用如图4甲所示的装置验证机械能守恒定律，其中A3是四分之一圆弧轨道，0点为圆心，半径为L圆弧的最低点A与水平面之间的距离为从实验时将一可看作质点的小球从圆弧上某点由静止释放，量出此时小球与圆心连线偏离竖直方向的角度当小球滑到圆弧最低点A时将水平抛出，用刻度尺测出小球平抛的水平距离5忽略所有摩擦，试分析下列问题图4

（1）小球在A点时的水平速度为v=（用题给字母表示）；

（2）保持其他条件不变，只改变角，得到不同的s值，以『为纵坐标，以cos为横坐标作图，如图乙中的图线，所示另一同学重复此实验，得到的/一COS图线甲如图乙中的图线b所示，两图线不重合的原因可能是A.两同学选择的小球质量不同B.圆弧轨道的半径L不同C.圆弧的最低点A与水平面之间的距离不同解析

（1）小球从A点抛出后做平抛运动，设小球做平抛运动的时间为%,由=mg£（l—cos），整理得s2=4HL—4//Lcos仇由题图乙可知，图线bs=ut得2设小球的质量为相，若小球的机械能守恒，则有的斜率大，在纵轴上的截距大，可得A点与水平面之间的距离或圆弧轨道的半径变大了，故选项B、C正确答案QR岛2BC高考模拟演练:对接高考演练提升，

1.如图5所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律限位孔打点计时器重物铁架台纸带铁夹图51对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是A.重物选用质量和密度较大的金属锤B.两限位孔在同一竖直面内上下对齐C.精确测量出重物的质量D.用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物⑵某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图6所示纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点重物下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能守恒定律的选项有图6A.

04、AQ和EG的长度B.0C.和CD的长度C.BD、C尸和EG的长度D.AC.3和EG的长度3该实验小组想要测量出物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度和下落高度鼠他们利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案A.用刻度尺测出重物下落的高度力，并测出下落时间3通过=g，计算出瞬时速度加B.用刻度尺测出重物下落的高度心并通过丽计算出瞬时速度C.根据物体做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出该点的瞬时速度，并通过计算得出高度人D.用刻度尺测出重物下落的高度力，根据物体做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出瞬时速度以上方案中只有一种正确，正确的是O填入相应的字母解析1重物选用质量和密度较大的金属锤，减小空气阻力，以减小误差，故选项A正确；两限位孔在同一竖直面内上下对齐，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，故选项B正确；验证机械能守恒定律的原理是mgh=^mvi-^mvl重物质量可以消掉，无需精确测量出重物的质量，故选项C错误；用手拉稳纸带，而不是托住重物，接通电源后，撒手释放纸带，故选项D错误2由EG的长度可求出打尸点的速度汲，打点的速度切=0,但求不出0月之间的距离九故选项A错误；由5c和CD的长度可求出打C点的速度02,打点的速度初=0,有OC之间的距离几可以来验证机械能守恒定律，故选项B正确；由8和EG的长度可分别求出打点的速度叫和打方点的速度02,有CF之间的距离力，可以来验证机械能守恒定律，故选项C正确；AC,30和EG的长度可分别求出打

8、C、尸三点的速度，但5C、CF、3月之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故选项D错误⑶不能用自由落体的公式再计算瞬时速度，A、B错误；重物下落的高度是用刻度尺测量的，不是计算的，选项C错误；D为验证机械能守恒定律的实验测量方案，是正确的答案1AB2BC3D

2.2019•河北石家庄模拟小明同学利用如图7甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中红外线发射器、接收器可记录小球的挡光时间小明同学进行了如下操作:⑴用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径为mm；金屈球2该小球质量为小、直径为乩现使小球从红外线的正上方的高度力处自由下落,记录小球挡光时间t,已知重力加速度为g,则小球下落过程中动能增加量的表达式为;17I发射器产接产器重力势能减少量的表达式为用所给字母表示I I红外线时间，示器⑶改变小球下落高度用，多次重复实验，发现小球动能的增加量总是小于重力势能的乙减少量，你认为可能的原因是至少写出一条解析1螺旋测微器的固定刻度为

18.0mm,可动刻度为

30.4X

0.01mm=

0.304mm,所以最终读数为

18.0mm+

0.304mm=

18.304mmo⑵已知经过光电门的时间内的位移为小球的直径，则可以由平均速度表示经过光电门时的速度，所以则小球下落过程中动能增加量的表达式为AEk=^my2；重力势能减少量的表达式为\E=mghP o⑶根据能量守恒定律分析，重力势能的减少量AEp往往大于动能的增加量△吸的原因是阻力做负功答案

118.3042^my2mgh3阻力做负功

3.2019•山东青岛模拟在利用竖直上抛运动做“验证机械能守恒定律”实验时，某同学利用频闪相机记录下了小球竖直上抛的一段上升过程，如图8甲所示把小球的第一个曝光位置记为O,依次标为以b、c、d……与位置的距离分别为hi、心、%……，频闪相机闪光的频率为力重力加速度为g乙⑴通过实验测得的数据可分别计算出各点的速度大小，小球在位置〃时的速度计算表达式为a=O2根据实验数据作出一介图线如图乙中的图线

①所示，若图线

①的斜率为匕如果在误差允许范围内满足，则验证了机械能守恒定律⑶考虑实验中存在空气阻力的影响，另有两名同学在图乙的基础上又各画了一条没有空气阻力时的图线

②、

③，其中合理的图线是解析1打下点时小球的瞬时速度等于打下过程中的平均速度，即为622根据机械能守恒定律有一根且力=品一品08,得v2=vi—2gh故v2—h图象是一条9向下倾斜的直线，直线的斜率上=-2g3上升过程，没有空气阻力时，加速度较小，故声―图象的斜率较小，图象应如

③所示答案2k=-2g⑶

③。