2015届高考物理一轮复习考点解析学案:实验06验证机械能守恒定律(含解析).pdf
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1、【2015考纲解读】1.掌握验证机械能守恒定律的方法.2.会用图象法处理实验数据以达到验证目的.2014高考在线】1.(2014新课标II卷)取水平地面为重力势能零点.物块从某一高度水平抛出,在抛出点其动能与重力势能恰好相等.不计空气阻力.该物块落地时的速度方向与水平方向的夹角为()兀 一 兀 一兀 _ 5兀A6 B-4 C3 D12【答案】B【解析】由题意可知,砂=木加,又由动能定理得m g h n v2-,根据平抛运动可知均是 v 的水平分速度,那么cos a=/=乎,其中a 为物块落地时速度方向与水平方向的夹角,解得a=45,B 正确.2.(2014福建卷I)图为某游乐场内水上滑梯轨道示
2、意图,整个轨道在同一竖直平面内,表面粗糙的A B段轨道与四分之一光滑圆弧轨道B C 在 B点水平相切.点A距水面的高度为H,圆弧轨道8 c 的 半 径 为 圆 心。恰在水面.一质量为机的游客(视为质点)可 从 轨 道 的 任意位置滑下,不计空气阻力.(1)若游客从/点由静止开始滑下,到B点时沿切线方向滑离轨道落在水面上的。点,O D=2 R,求游客滑到B点时的速度总大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功叫(2)若 游 客 从 段 某 处 滑 下,恰好停在8 点,又因受到微小扰动,继续沿圆弧轨道滑到P点后滑离轨道,求 P 点离水面的高度力.(提示:在圆周运动过程中任一点,质点所受的向心力与其速率的
3、关系为F 同=后)【答案】(lR2gR(m g H 2mgR)(2)|7?【解析】(1)游客从8 点做平抛运动,有 2 R H 山式得如=“游 从 4到 8,根据动能定理,有mg(H-R)+叼=呼 必 _0 山式得Wf=(mgH2mgR)(2)设O P与O B间夹角为0,游客在P点时的速度为中,受到的支持力为M 从 8到尸由机械能守恒定律,有mg(R-Rcos O)=mVpO 过P点时,根据向心力公式,有 z n g c o s ON=n r )N=0 c o s 0=4 A9由式解得=丁?.【重点知识梳理】【实验目的】1.验证机械能守恒定律.【实验原理】1 .在只有重力做功的条件下,物体的重
4、力势能和动能可以相互转化,但总的机械能守恒。2 .物体做自由落体运动,设物体的质量为例下落方高度时的速度为则势能的减少量为?g,动能的增加量为;”2。如 果 冲。=;m/即g =;d,就验证了机械能守恒定律。3.速度的测量:做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度匕=B,。计算打第汗点瞬时速度的方法是:测出第 个点的相邻前后两段相等时间两下落的距离X”和x,+i,由 公 式 匕=%乜 旦 或 匕=%噤 匚 算 出,如图所示。【实验器材】铁架台(含铁夹),打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,导线,亳米刻度尺,重物(带纸带夹).【实验步骤】1 .将实验装置按要求装好(如图),将纸
5、带固定在重物上,让纸带穿过电火花计时器。2 .先用手提起纸带,使重物静止在靠近计时器的地方。3.接通电源,松开纸带,让重物自由下落,这样计数器就在纸带上打下一系列点。4 .重复以上步骤,多做几次。5 .从已打出的纸带中,选出第一、二点间的距离接近2 m m并且点迹清晰的纸带进行测量。6 .在挑选的纸带上,记下第一点的位置0,并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4、.并量出各点到位置曲距离,这些距离就是物体运动到点1、2、3、4、时下落的高度九、4、%、“4、.7.利 用 公 式 分 别 求 出 物 体 在 打 下 点2、3、4、时瞬时速度匕、畛、匕、匕、8.把 得 到 的 数 据
6、填 入 表 格,算 出 重 物 运 动 到 点2、3、4、减 少 的 重 力 势 能mgh2 mg、mg%、.再 算 出 物 体 运 动 到 点2、3 4 增加I的 动 能m v22 m v3 .,根据机械能守恒定律比较,加险?与吆“2,加片与加8,J/w vj与m g a,结果是否一致。【数据处理】1 .纸带的选取:选用纸带时应尽量挑选第1点点迹清晰且1、2两点之间距离接近2 m m的纸带,这样一条纸带记录的运动才接近自山落体运动。2 .纸带的处理:在第1点上标出0,并从稍靠后的某一点开始,依次标出1、2、3、4 并量出h-h各点到位置0点的距离、九、与、再利用公式/=一 计算出各点对应的瞬
7、时速度看、岭、匕、.计 算 各 点 对 应 的 重 力 势 能 的 减 少 量mghn和 动能的增加量22mv2,并进行比较看是否相等。也可以匕为纵轴,以力为横轴,根据实验数据绘出匕-力图象,若图象是过原点的直线,则可验证机械能守恒定律,其斜率等于依数据处理的另一思路:选取点迹清晰的一条纸带,如图,选 取 反,砌个位置作为过程的开始和终结位置,量出题之间距离与”,求出8点速度以=工,掠 速 度 也=”工,比较重力2A/2 Ar1 7 1势能的减少mg%”与 动 能 的 增 加 一5”也 是否相等,从而验证机械能是否守恒。ABC K M N【误差分析】1.实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力(主
8、要是打点计时器的阻力)做功,故动能的增加量必定稍小于势能的减少量,这是属于系统误差,减少空气阻力影响产生的方法是:使纸带下挂的重物重力大些,且体积要小。2.打点计时器产生的误差:(1)由于交流电周期的变化,引起打点时间间隔变化而产生误差;(2)计数点选择不好;振动片振动不均匀;纸带放置方法不正确引起摩擦,造成实验误差;(3)打点时的阻力对纸带的运动性质有影响,这也属于系统误差。3.由于测长度带来的误差属偶然误差,减少办法是测距离时都应从0点量起,二是多测几次取平均值。【注意事项】1.安装打点计时器时,必须使两纸带限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力。2.实验时必须保持提起的纸带竖直,手不动,待
9、接通电源,让打点计时器工作稳定后再松开纸带。3.为了增加实验的可靠性,可重复实验,还可以在一次下落中测量多个位置的速度,比较重物在这些位置上的动能与势能之和。4.因 通 过 比 较 与;他 一是否相等来验证机械能守恒,故不需测重物质量。【误差分析】1.本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功,故动能的增加量AL稍小于重力势能的减少量 L,即AEKAE,这属于系统误差.改进的办法是调整器材的安装,尽可能地减少阻力.2.本实验的另一个误差来源于长度的测量,属偶然误差.减小误差的办法是测下落距离时都从0 点量起,一次将各打点对应的下落高度测量完.或者采用多次测量
10、取平均值来减小误差.【高频考点突破】考 点 一 对实验原理和实验步骤的考查例 1、利用图1 实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转化问题.(1)实验操作步骤如下,请将步骤B 补充完整:A.按实验要求安装好实验装置;B.使重物靠近打点计时器,接着先,后,打点计时器在纸带上打下一系列的点;C.图 2为一条符合实验要求的纸带,O点为打点计时器打下的第一点.分别测出若干连续点/、B、C与。点之间的距离用、2、3 尹f 一pM 尾 .图 2(2)一知打点计时器的打点周期为T,重物质量为机,重力加速度为g,结合实验中所测得的囱、2、%,可得重物下落到8点 时 的 速 度 大 小 为,纸带从。点下落到
11、8点的过程中,重物 增 加 的 动 能 为,减 少 的 重 力 势 能 为.(3)取打下。点时重物的重力势能为零,计算出该重物卜落不同高度时所对应的动能已和重力势能与,建立坐标系,横轴表示,纵轴表示筑和岛,根据以上数据在图3中绘出图线I和图线H.已求得图线I 斜率的绝对值鬲=2.9 4 J/m,请计算图线1 1 的斜率k2=J/m(保留 3 位有效数字).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k和 左 2 表示).EJ1图 3(4)通过对用和用的比较分析,可得到的结论是(只要求写出一条):.解 析(3)对图线 I:E p=m g h,即舟=,g,对图线 11:Ek=(mgF
12、f)h,即后=?gR,所以F =kf&=4=答案 接通电源 放开纸带 舞团“幅 红 磔2(3280(2.73 2.8 7 均可)勾 泮 的 用 m g表示也可)(4欣 2小于左,动能的增量小于重力势能的减少量.(其他结论合理的也可)考点二对实验数据处理的考查例 2、用如图所示的实验装置验证如、他 组成的系统机械能守恒.加 2从高处由静止开始下落,顶上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.如图5 给出的是实验中获取的一条纸带:0 是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4 个点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.已知如=50 g、m2=150 g,贝 U(结
13、果均保留两位有效数字)01 2 34 5 6 单位:cm(/卜 卡十 4.I 3840 1 21.601 26.40 I图 5(1)在纸带上打下计数点5 时的速度v=m/s;(2)在打下第“0”到打下第“5”点的过程中系统动能的增量AEk=J,系统势能的减少量Ap=J;(取当地的重力加速度g=1 0 m/s 2)(3)若某同学作吐鸟一一图象如图6 所示,则当地的重力加速度g=m/s2.图 6&“L 2 1.60+2 6.4 0 X 1 0-2解析(1)丫 5=-5n-m/s=2.4 m/s(2)AEk=1(W|+w 2)v2-0=0.5 8 JAp=iri2ghw i g A=0.60 J(3
14、)山(g 必应力=;(m +/%2)声知v2.m 2 m、gh2 加+62即图象的斜率2=5.8 2L2 0解得 g=9.7 m/s2答 案(1)2.4 (2)0.5 8 0.60 (3)9.7考点三对实验误差分析的考查例 3、在“验证机械能守恒定律的实验中,打点计时器所用电源频率为5 0 H z,当地重力加速度的值为9.8 0 m/s 2,测得所用重物的质量为1.0 0 k g.甲、乙、丙三位学生分别用同一装置打出三条纸带,量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.1 8 c m、0.1 9 c m 和 0.2 5 c m,可见其中肯定有一个学生在操作上有错误.(1)错误操作是.(2)若按实
15、验要求正确地选出纸带进行测量,量得连续三点/、B、C 到第一个点。的距离如图7 所示(相邻计数点时间间隔为0.0 2 s),那么(结果均保留两位有效数字)图 7单位:cm纸带的 端与重物相连.打点计时器打下计数点B时,重物的速度VB=.在从起点。到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量是 g=,此过程中重物动能的增加量是A k=.通过计算,数值上AE p 八稣(填“”=”或“AE k,这是因为实验中存在着阻力;通过实验分析可知,在实验误差允许范围内,重物的机械能守恒.答 案 先 放 开 纸 带 后 接 通 电 源(2)左 0.9 8 m/s0.4 9 J 0.4 8 J 实验中存在着阻力在实
16、验误差允许范围内,重物的机械能守恒【高考真题精析】1.(2 0 1 1 海南)现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图1所示:水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块,其 总 质 量 为 左 端 由 跨 过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的祛码相连;遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上B点有一光电门,可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间3 用 d 表示A点到导轨低端C 点的距离,h 表示A与 C 的高度差,b 表示遮光片的宽度,s 表示A ,B两点的距离,将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用 g表示重力加速度。完成下列填空和作图;(1)若将滑
17、块自A点由静止释放,则在滑块从A 运动至B的过程中,滑块、遮光片与祛码组成 的 系 统 重 力 势 能 的 减 小 量 可 表 示 为。动 能 的 增 加 量 可 表 示 为。若在运动过程中机械能守恒,!与 s的 关 系 式 为!=.(2)多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一点(A点)下 滑,测量相应的s 与 t 值,结果如下表所示:以 S 为横坐标,产为纵坐标,在答题卡上对应图2 位置的坐标纸中描出第1和第5 个数据点;12345s(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms)8.227.176.445.855.43l/dO V)1.481.952.412.923.3
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- 2015 高考 物理 一轮 复习 考点 解析 实验 06 验证 机械能 守恒定律
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