2023版新教材高考物理一轮复习 第五章 机械能守恒定律 实验七 验证机械能守恒定律学生用书.docx

1、实验七验证机械能守恒定律【必备知识自主排查】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速度：应用vnhn+1hn12T，不能用vn2ghn或vngt计算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：图像法，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)打点计时器要竖直：安装打点计

2、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)减小测量误差：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】考点一教材原型实验例1 2

3、021浙江6月，17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(1)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_.(2)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_A工作电压偏高B存在空气阻力和摩擦力C接通电源前释放了纸带【跟进训练

4、】1.“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

5、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.考点二拓展创新型实验例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9.80 m/s2.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

6、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(

7、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，在图2中绘出E - M图像；若只考虑滑块与木板之间的摩擦力做功，则滑块与木板之间的动摩擦因数为_(保留2位有效数字)【跟进训练】2.用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律，轻杆两端固定两个大小相等但质量不相等的小球P、Q，杆的正中央有一光滑的水平转轴O，使杆能在竖直面内自由转动O点正下方有一光电门，小球通过轨迹最低点时，球心恰好通过光电门已知重力加速度为g.(1)用游标卡尺测得小球的直径如图乙所示，则小球的直径d_ cm.(2)PQ从水平位置由静止释放，当小球P通过最低点时，与光电门连接的数字计

8、时器显示的挡光时间为t，则小球P经过最低点时的速度v_(用物理量符号表示)(3)小球P通过最低点时，测得两小球P、Q球心间距离为L，小球P的质量是2m，Q的质量为m，则PQ系统重力势能的减小量Ep_，动能的增加量为Ek.若在误差允许范围内，总满足Ep_(选填“”)Ek，则可证得系统机械能守恒32021山东卷，13某乒乓球爱好者，利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况实验步骤如下：固定好手机，打开录音功能；从一定高度由静止释放乒乓球；手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音，其随时间(单位：s)的变化图像如图所示根据声音图像记录的碰撞次序及相应碰撞时刻，如下表所示碰撞次序1234567碰撞时刻

9、(s)1.121.582.002.402.783.143.47根据实验数据，回答下列问题：(1)利用碰撞时间间隔，计算出第3次碰撞后乒乓球的弹起高度为_ m(保留2位有效数字，当地重力加速度g9.80 m/s2)(2)设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬间速度大小的比值为k，则每次碰撞损失的动能为碰撞前动能的_倍(用k表示)，第3次碰撞过程中k_(保留2位有效数字)(3)由于存在空气阻力，第(1)问中计算的弹起高度_(填“高于”或“低于”)实际弹起高度实验七验证机械能守恒定律关键能力分层突破例1解析：(1)在验证机械能守恒实验时阻力越小越好，因此密度大的阻力与重力之比更小(2)由图中可知OC之间的距

10、离为xOC27.90 cm，因此机械能的减少量为|Ep|mgxOC0.29.80.279 0 J0.547 J匀变速运动时间中点的速度等于这段时间的平均速度，因此vCxBD2T0.3300.23320.02 m/s2.425 m/s因此动能的增加量为EkC12mvC2120.22.4252.425 J0.588 J工作电压偏高不会影响实验的误差，存在摩擦力会使重力势能的减少量大于动能的增加量，只有提前释放了纸带，纸带的初速度不为零，下落到同一位置的速度偏大才会导致动能的增加量大于重力势能的减少量答案：(1)阻力与重力之比更小(或其它合理解释)(2)0.5470.588C1解析：(1)在OB段运

11、动过程中，重物重力势能的减少量为EpmgOB，代入数据解得Ep1.56 J，B点的速度大小为vBOCOA4T，代入数据解得vB1.75 m/s，则重物动能的增加量为Ek12mvB2，代入数据解得Ek1.53 J.(2)从图丙中可以看出，当h0时，重物的速度不为0，说明操作中先释放重物，再接通打点计时器的电源若阻力不可忽略，假设平均阻力大小为f，打下第一个点时重物的速度为v0，则由动能定理可得mghfh12mv212mv02，整理可得12v2gfmh+12v02，故12v2 h图线的斜率为kgfmg.答案：(1)1.561.53(2)先释放重物，再接通打点计时器的电源大于例2解析：(1)实验中轻

12、细绳所悬挂钩码重力势能的减少量Ep4mgL40.05 kg9.80 m/s20.50 m0.980 J.(2)根据能量守恒定律得E3EpEk30.980 J0.392 J0.588 J.(3)根据表格中的数据描点、连线，得到E M图像如图所示由功能关系得EMgLgLM，可知kgL0.790.390.4000.200，解得0.40.答案：(1)0.980(2)0.588(3)如图所示0.402解析：(1)20分度的游标卡尺的精确度为0.05 mm；其读数为10 mm0.0510 mm10.50 mm1.050 cm.(2)小球通过最低点的速度为vdt；(3)小球P通过最低点时，系统重力势能的减小

13、量为Ep2mgL2mgL2mgL2，在实验误差允许的范围内，当系统减小的重力势能等于增加的动能时，即可验证系统的机械能守恒答案：(1)1.050(2)dt(3)12mgL3解析：(1)第3次碰撞到第4次碰撞用时t02.40 s2.00 s0.40 s，根据竖直上抛和自由落体运动的对称性可知第3次碰撞后乒乓球弹起的高度为h012gt022129.820.22 m0.20 m(2)碰撞后弹起瞬间速度为v2，碰撞前瞬间速度为v1，根据题意可知v2v1k则每次碰撞损失的动能与碰撞前动能的比值为12mv1212mv22 12mv12 112mv22 12mv12 1k2第3次碰撞前瞬间速度为第2次碰后从最高点落地瞬间的速度vgt2.001.582g0.21g第3次碰撞后瞬间速度为vgt2.402.002g0.20g则第3次碰撞过程中kvv0.200.210.95(3)由于存在空气阻力，乒乓球在上升过程中受到向下的空气阻力和重力，加速度变大，上升的高度变小，所以第(1)问中计算的弹起高度高于实际弹起的高度答案：(1)0.20(2)1k20.95(3)高于