內(nèi)容：機(jī)械能守恒定律編輯：郭真內(nèi)容：機(jī)械能守恒定律編輯：郭真審核:崔宏程2024屆高三一輪復(fù)習(xí)物理學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.熟悉“驗證機(jī)械能守恒定律”的基本實驗原理及注意事項.2.會驗證創(chuàng)新實驗的機(jī)械能守恒．【學(xué)習(xí)重點、難點】實驗數(shù)據(jù)處理及注意的事項方法【學(xué)法指導(dǎo)】真正明確實驗?zāi)康牡幕A(chǔ)上，真正了解掌握教材原型實驗的原理和數(shù)據(jù)處理方法，了解該實驗的操作步驟以及注意事項，清楚誤差來源，從而達(dá)到能夠靈活運(yùn)用學(xué)過的理論、實驗方法去分析研究某些未做過的實驗，包括實驗的創(chuàng)新與改進(jìn)。【研讀教材、自主解標(biāo)】回顧課本舊知研讀必修第二冊P96參考案例1P97參考案例2注意事項(1)打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直線上，以減?。?2)減小系統(tǒng)誤差，重物應(yīng)選用的．盡可能地減小阻力的影響(3)應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落．(4)測長度，算速度：某時刻的瞬時速度的計算應(yīng)用，不能用vn＝eq\r(2ghn)或vn＝gt來計算．(5)此實驗中不需要．（6）減小測量誤差1．選取點跡清晰且所打的點呈一條直線的紙帶進(jìn)行測量2．測量下落高度時都從O點量起，一次將各點對應(yīng)的下落高度全部測完3．多次測量取平均值重溫課本經(jīng)典例題（必修二P982）圖為一種利用氣墊導(dǎo)軌“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗裝置。主要實驗步驟如下：A.將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，將導(dǎo)軌調(diào)至水平。B.測出遮光條的寬度d。C.將滑塊移至圖示位置，測出遮光條到光電門的距離l。D.釋放滑塊，讀出遮光條通過光電門的遮光時間t。E.用天平稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m?；卮鹣铝袉栴}：（1）在滑塊從靜止釋放到運(yùn)動到光電門的過程中，系統(tǒng)的重力勢能減少了多少？（2）為驗證機(jī)械能守恒定律，還需要測量哪個物理量？（3）若要符合機(jī)械能守恒定律的結(jié)論，以上測得的物理量應(yīng)該滿足怎樣的關(guān)系？【分類突破】考點一教材原型實驗考向1實驗原理與操作例1(2024自編題)某實驗小組用圖(a)所示裝置來驗證機(jī)械能守恒定律。(1)在實驗中，實驗步驟的編排如下，其中有的是不必要的，有的是錯誤的，請選出必要的步驟，并按正確的實驗操作順序排列__________。A．用天平稱出重物的質(zhì)量；B．把紙帶固定到重物上，并把紙帶穿過打點計時器，提升到一定高度；C．?dāng)嚅_電源，更換新紙帶，重復(fù)實驗兩次再得到兩條理想的紙帶；D．?dāng)嚅_電源，拆去導(dǎo)線，整理儀器；E．用秒表測出重物下落的時間；F．把打點計時器接到低壓交流電源上(頻率為50Hz)；G．接通電源，釋放紙帶；H．把打點計時器接到低壓直流電源上；I．把打點計時器固定到桌邊的鐵架臺上。(2)甲同學(xué)按照正確的實驗步驟操作后，選出一條紙帶如圖(b)所示，其中O點為打點計時器打下的第一個點，A、B、C為三個計數(shù)點，用刻度尺測得OA＝12.41cm，OB＝18.60cm，OC＝27.21cm，在計數(shù)點A和B、B和C之間還各有一個點。已知重物的質(zhì)量為1.00kg，取g＝9.80m/s2。在OB段運(yùn)動過程中，重物重力勢能的減少量ΔEp＝________J，重物的動能增加量ΔEk＝________J(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)。該實驗沒有考慮各種阻力的影響，這屬于本實驗的__________誤差(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)。由此可見，甲同學(xué)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果比較合理的應(yīng)當(dāng)是ΔEp__________ΔEk(選填“大于”“等于”或“小于”)。(4)乙同學(xué)想利用該實驗裝置測定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。他打出了一條紙帶后，利用紙帶測量出了各計數(shù)點到打點計時器打下的第一個點的距離h，算出了各計數(shù)點對應(yīng)的速度v，以h為橫軸，以eq\f(1,2)v2為縱軸畫出了如圖(c)所示的圖線。由于圖線沒有過原點，他又檢查了幾遍，發(fā)現(xiàn)測量和計算都沒有出現(xiàn)問題，其原因可能是____________________________。乙同學(xué)測出該圖線的斜率為k，如果不計一切阻力，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭________k(選填“大于”“等于”或“小于”)。(5)丙同學(xué)利用該實驗裝置又做了其他探究實驗，分別打出了以下4條紙帶A、B、C、D，其中只有一條是做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗時打出的。為了找出該紙帶，丙同學(xué)在每條紙帶上取了點跡清晰的、連續(xù)的4個點，用刻度尺測出相鄰兩個點間的距離依次為x1、x2、x3。請你根據(jù)下列x1、x2、x3的測量結(jié)果確定該紙帶為________(取g＝9.80m/s2)。A．6.05cm，6.10cm，6.06cmB．4.96cm，5.35cm，5.74cmC．4.12cm，4.51cm，5.30cmD．6.10cm，6.58cm，7.06cm考向2數(shù)據(jù)處理及誤差分析例2(2021·浙江6月選考·17(1))在“驗證機(jī)械能守恒定律”實驗中，小王用如圖甲所示的裝置，讓重物從靜止開始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖乙所示．O點是打下的第一個點，A、B、C和D為另外4個連續(xù)打下的點．(1)為了減小實驗誤差，對體積和形狀相同的重物，實驗時選擇密度大的理由是__________________________．(2)已知交流電頻率為50Hz，重物質(zhì)量為200g，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2，則從O點到C點，重物的重力勢能變化量的絕對值|ΔEp|＝______J、C點的動能EkC＝________J(計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)．比較EkC與|ΔEp|的大小，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是________．A．工作電壓偏高B．存在空氣阻力和摩擦力C．接通電源前釋放了紙帶考點二探索創(chuàng)新實驗考向1實驗?zāi)康牡膭?chuàng)新例3某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究，實驗裝置如圖(a)所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接．向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能．(1)實驗中涉及下列操作步驟：①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點計時器電源④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是________(填入代表步驟的序號)．(2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結(jié)果．打點計時器所用交流電的頻率為50Hz.由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為________m/s.比較兩紙帶可知，________(選填“M”或“L”)紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大．【變式3】(2022河北真題，6分)某實驗小組利用鐵架臺、彈簧、鉤碼、打點計時器、刻度尺等器材驗證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律，實驗裝置如圖(a)所示。彈簧的勁度系數(shù)為k，原長為L0，鉤碼的質(zhì)量為m。已知彈簧的彈性勢能表達(dá)式為E＝eq\f(1,2)kx2，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間。①在彈性限度內(nèi)將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測得此時彈簧的長度為L。接通打點計時器電源。從靜止釋放鉤碼，彈簧收縮，得到了一條點跡清晰的紙帶。鉤碼加速上升階段的部分紙帶如圖(b)所示，紙帶上相鄰兩點之間的時間間隔均為T(在誤差允許范圍內(nèi)，認(rèn)為釋放鉤碼的同時打出A點)。從打出A點到打出F點時間內(nèi)，彈簧的彈性勢能減少量為______，鉤碼的動能增加量為________，鉤碼的重力勢能增加量為________。②利用計算機(jī)軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到彈簧彈性勢能減少量、鉤碼的機(jī)械能增加量分別與鉤碼上升高度h的關(guān)系，如圖(c)所示。由圖(c)可知，隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，主要原因是________________________________________________________________________?？枷?實驗器材的創(chuàng)新【例4】(2023·山東青島市質(zhì)檢)為了消除空氣阻力對實驗結(jié)果的影響，某實驗小組用如圖甲所示實驗裝置做驗證機(jī)械能守恒定律實驗，牛頓管豎直固定在鐵架臺上，光電門固定在牛頓管的外側(cè)，緊貼牛頓管外側(cè)再固定刻度尺(0刻度線與管口齊平，圖中未畫出)，啟動抽氣泵，將牛頓管內(nèi)的空氣抽出，已知橡膠球的質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.(1)先用游標(biāo)卡尺測量橡膠球直徑d，如圖乙所示，則小球直徑d＝________mm；(2)從刻度尺上讀取橡膠球球心和光電門中心對應(yīng)的刻度值l1、l2.將橡膠球由靜止釋放，記錄橡膠球第一次通過光電門的擋光時間Δt1；(3)要驗證橡膠球下落過程中機(jī)械能是否守恒，只需比較________與________是否相等即可；(用上面測得數(shù)據(jù)符號表示)(4)該小組要利用該裝置進(jìn)一步探究橡膠球與管底第一次碰撞前后球的機(jī)械能損失情況，他們記錄了橡膠球第二次通過光電門的擋光時間Δt2，則碰撞過程中橡膠球損失的機(jī)械能為________．【變式4】(2023·江蘇南通市通州區(qū)聯(lián)考)圖甲是驗證機(jī)械能守恒定律的裝置，氣墊導(dǎo)軌上A處安裝有一光電門，B處放置一滑塊，滑塊中央位置上固定一遮光條，氣墊導(dǎo)軌的右端用若干塊厚度相同的小木板墊起，重力加速度為g.(1)用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度如圖乙，則遮光條的寬度d為________mm；(2)某次實驗，滑塊由靜止釋放，下落高度為h時遮光條經(jīng)過光電門，光電門測得遮光時間為t，若要驗證滑塊在下滑過程中機(jī)械能守恒，即需要驗證等式__________成立(用題中所給物理量的符號表示)；(3)實驗中，控制滑塊由靜止釋放且運(yùn)動到光電門的距離L1不變，測量氣墊導(dǎo)軌的總長度L0、每塊小木板的厚度D和距離L1，記錄所墊小木板的個數(shù)n及光電門對應(yīng)測量的時間t，并計算出eq\f(1,t2)，數(shù)據(jù)如表所示．請根據(jù)數(shù)據(jù)在圖丙中描點作圖；實驗次數(shù)12345小木板塊數(shù)n12345eq\f(1,t2)(s－2)2.02×1044.03×1046.04×1048.04×10410.06×104(4)根據(jù)實驗中得到的eq\f(1,t2)－n圖像，判斷滑塊下滑過程中機(jī)械能守恒的依據(jù)是__________；(5)某小組在實驗中，控制所墊小木板的個數(shù)n不變，改變滑塊到光電門的距離L，測量滑塊左端到光電門中心的距離L及遮光條經(jīng)過光電門的時間t，經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)滑塊每次減小的勢能均總比增加的動能略小點，該小組認(rèn)為是氣墊導(dǎo)軌傾斜的角度偏大造成滑塊下滑過程中機(jī)械能不守恒的．你認(rèn)為他們的分析是否正確？________，理由是____________________．考向3實驗方案的創(chuàng)新【例5】(2023·湖北省模擬)利用氣墊導(dǎo)軌驗證機(jī)械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示，水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的小球相連，遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直；導(dǎo)軌上B點處有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t，用d表示A點到光電門B處的距離，b表示遮光片的寬度，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度，實驗時滑塊在A處由靜止開始運(yùn)動．(1)某次實驗測得傾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑塊從A處到達(dá)B處時m和M組成的系統(tǒng)動能增加量可表示為ΔEk＝________，系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為ΔEp＝________，在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEk＝ΔEp，則可認(rèn)為系統(tǒng)的機(jī)械能守恒；(2)某同學(xué)改變A、B間的距離，作出的v2－d圖像如圖乙所示，并測得M＝m，則重力加速度g＝____________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)【變式5】(2022湖北真題，7分)某同學(xué)設(shè)計了一個用拉力傳感器驗證機(jī)械能守恒定律的實驗。一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器，另一端連接小鋼球，如圖(a)所示。拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放，使小鋼球在豎