物理

大一輪復(fù)習(xí)第六章機(jī)械能守恒定律第32課時(shí)實(shí)驗(yàn)七：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律目標(biāo)要求1.熟悉驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理。2.學(xué)會(huì)在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中探究機(jī)械能守恒定律。

課時(shí)精練內(nèi)容索引考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的

和對(duì)應(yīng)過(guò)程動(dòng)能的增加量，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若二者相等，說(shuō)明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。2.實(shí)驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙(墨粉)、夾子、重物、

、鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、導(dǎo)線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備考點(diǎn)一重力勢(shì)能的減少量刻度尺3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)安裝器材：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線(xiàn)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源相連。(2)打紙帶：用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近，先

，再

，讓重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條(3~5條)紙帶。(3)選紙帶：點(diǎn)跡清晰，且所選用的點(diǎn)在同一條直線(xiàn)上。接通電源松開(kāi)紙帶

2mm

摩擦阻力

某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)裝置安裝好后，用手提住紙帶上端，之后讓紙帶由靜止開(kāi)始下落。(1)關(guān)于下列實(shí)驗(yàn)操作，不必要或不正確的是

。

A.實(shí)驗(yàn)前先用天平測(cè)出重物和夾子的質(zhì)量B.為減小阻力，用電火花計(jì)時(shí)器比用

電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器好一些C.在重物大小合適的情況下，選擇木

塊比選擇鐵塊好D.用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間E.釋放紙帶前應(yīng)先接通電源例1ACD由于驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式中質(zhì)量可以約去，所以不需要用天平測(cè)出重物和夾子的質(zhì)量，故A滿(mǎn)足題意要求；為減小阻力，用電火花計(jì)時(shí)器比用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器好一些，故B不滿(mǎn)足題意要求；在重物大小合適的情況下，為了減小空氣阻力，選擇鐵塊比選擇木塊好，故C滿(mǎn)足題意要求；由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以得到紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔，所以不需要用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間，故D滿(mǎn)足題意要求；為了充分利用紙帶，釋放紙帶前應(yīng)先接通電源，故E不滿(mǎn)足題意要求。(2)某次實(shí)驗(yàn)中所用重物的質(zhì)量m=1kg。某同學(xué)選取了一條紙帶，如圖乙所示，0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，1、2、3、4是連續(xù)打的點(diǎn)，根據(jù)紙帶上的測(cè)量數(shù)據(jù)，從打下點(diǎn)0至打下點(diǎn)3的過(guò)程中，重物重力勢(shì)能的減少量為

J，動(dòng)能增加量為

J(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率為50Hz，重力加速度g取9.8m/s2，結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。

5.445.28

(3)若釋放紙帶時(shí)紙帶不在豎直方向，可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的動(dòng)能增加量

(填“<”“=”或“>”)重力勢(shì)能減少量，其原因是_______。

<見(jiàn)解析若釋放紙帶時(shí)紙帶不在豎直方向，可能導(dǎo)致計(jì)算的動(dòng)能增加量小于重力勢(shì)能減少量；其原因是紙帶傾斜，可能會(huì)和實(shí)驗(yàn)裝置接觸、擠壓，則紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)受到的阻力較大，阻力對(duì)紙帶和重物做負(fù)功，會(huì)使其動(dòng)能增加量小于重力勢(shì)能減少量。返回探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)二

(2023·天津卷·9)如圖放置實(shí)驗(yàn)器材，連接小車(chē)與托盤(pán)的繩子與桌面平行，遮光片與小車(chē)位于氣墊導(dǎo)軌上，氣墊導(dǎo)軌沒(méi)有畫(huà)出(視為無(wú)摩擦力)，重力加速度為g。接通電源，釋放托盤(pán)與砝碼，并測(cè)得：a.遮光片長(zhǎng)度db.遮光片到光電門(mén)長(zhǎng)度lc.遮光片通過(guò)光電門(mén)時(shí)間Δtd.托盤(pán)與砝碼質(zhì)量m1，小車(chē)與遮光片質(zhì)量m2(1)小車(chē)通過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度為

；

例2

(2)從釋放到小車(chē)經(jīng)過(guò)光電門(mén)，這一過(guò)程中，系統(tǒng)重力勢(shì)能減少量為

，動(dòng)能增加量為

；

m1gl

(2022·湖北卷·12)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用拉力傳感器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)。一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器，另一端連接小鋼球，如圖甲所示。拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放，使小鋼球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，記錄鋼球擺動(dòng)過(guò)程中拉力傳感器示數(shù)的最大值Tmax和最小值Tmin。改變小鋼球的初始釋放位置，重復(fù)上述過(guò)程。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪制的Tmax－Tmin圖像是一條直線(xiàn)，如圖乙所示。例3(1)若小鋼球擺動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒，則圖乙中直線(xiàn)斜率的理論值為

。

－2

即若小鋼球擺動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒，則題圖乙中直線(xiàn)斜率的理論值為－2；(2)由圖乙得：直線(xiàn)的斜率為

，小鋼球的重力為

N。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

－2.10.59

(3)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源是

(填正確答案標(biāo)號(hào))。

A.小鋼球擺動(dòng)角度偏大B.小鋼球初始釋放位置不同C.小鋼球擺動(dòng)過(guò)程中有空氣阻力C該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源是小鋼球擺動(dòng)過(guò)程中有空氣阻力，使得機(jī)械能減小，故選C。

利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)處有一帶長(zhǎng)方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過(guò)輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩和一質(zhì)量為m的小球相連；遮光片兩條長(zhǎng)邊與導(dǎo)軌垂直，導(dǎo)軌上B點(diǎn)有一光電門(mén)，可以測(cè)量遮光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的擋光時(shí)間t，用d表示A點(diǎn)到光電門(mén)B處的距離，b表示遮光片的寬度，將遮光片通過(guò)光電門(mén)的平均速度看作滑塊通過(guò)B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度，實(shí)驗(yàn)時(shí)滑塊在A處由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。例4(1)某次實(shí)驗(yàn)測(cè)得導(dǎo)軌傾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑塊從A處到達(dá)B處時(shí)，m和M組成的系統(tǒng)動(dòng)能增加量可表示為ΔEk＝

(用題中字母表示)，系統(tǒng)的重力勢(shì)能減少量可表示為ΔEp＝

(用題中字母表示)，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)在上述實(shí)驗(yàn)中，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(cè)得M＝m，則重力加速度g＝

m/s2。

9.6

返回課時(shí)精練對(duì)一對(duì)答案123456題號(hào)1答案(1)B

(2)3.34

(3)能A題號(hào)2答案(1)阻力與重力之比更小(或其他合理解釋)

(2)0.547

0.588

C題號(hào)3答案(1)0.02

(2)A

(3

(4)2g對(duì)一對(duì)題號(hào)4答案(1)Mgl

(2)C題號(hào)5答案(1＝－l2＋l

(2

0

(3)k(l3－l1)l2題號(hào)6答案(1)k(L－L0)h5－k

mgh5

(2)見(jiàn)解析答案1234561.(2024·浙江6月選考·16Ⅰ)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：(1)下列操作正確的是

。

123456答案B應(yīng)手提紙帶上端使紙帶豎直，同時(shí)使重錘靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，由靜止釋放，故選B。(2)實(shí)驗(yàn)獲得一條紙帶，截取點(diǎn)跡清晰的一段并測(cè)得數(shù)據(jù)如圖所示，已知打點(diǎn)的頻率為50Hz，則打點(diǎn)“13”時(shí)，重錘下落的速度大小為

m/s(保留三位有效數(shù)字)。

123456答案3.34123456答案根據(jù)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程平均速度可得打點(diǎn)“13”時(shí)，重錘下落的速度大小v13＝

(3)某同學(xué)用紙帶的數(shù)據(jù)求出重力加速度g＝9.77m/s2，并用此g值計(jì)算得出打點(diǎn)“1”到“13”過(guò)程重錘的重力勢(shì)能減小值為5.09m，另計(jì)算得動(dòng)能增加值為5.08m(m為重錘質(zhì)量)，則該結(jié)果

(選填“能”或“不能”)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，理由是

。

A.在誤差允許范圍內(nèi)B.沒(méi)有用當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭123456答案能A可以驗(yàn)證機(jī)械能守恒；理由是“在誤差允許范圍內(nèi)，重錘的重力勢(shì)能減小值等于動(dòng)能增加值”，故選A。2.(2021·浙江6月選考·17(1))在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，小王用如圖甲所示的裝置，讓重物從靜止開(kāi)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(diǎn)是打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C和D為另外4個(gè)連續(xù)打下的點(diǎn)。(1)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，對(duì)體積和形狀相同的重物，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇密度大的理由是___________________________________。123456答案阻力與重力之比更小(或其他合理解釋)123456答案在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，阻力越小越好，體積和形狀相同的重物，密度大的阻力與重力之比更小。(2)已知交流電頻率為50Hz，重物質(zhì)量為200g，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.80m/s2，則從O點(diǎn)到C點(diǎn)，重物的重力勢(shì)能變化量的絕對(duì)值|ΔEp|＝

J、C點(diǎn)的動(dòng)能EkC＝

J(計(jì)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123456答案0.5470.588C123456答案由題圖乙可知OC之間的距離為sOC＝27.90

cm，因此重力勢(shì)能的減少量為

123456答案工作電壓偏高不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)，存在空氣阻力和摩擦力會(huì)使重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，只有接通電源前釋放了紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位置的速度偏大才會(huì)導(dǎo)致動(dòng)能的增加量大于重力勢(shì)能的減少量，故選C。123456答案3.(九省聯(lián)考·河南·22)某同學(xué)用如圖(a)所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。用細(xì)線(xiàn)把鋼制的圓柱掛在架子上，架子下部固定一個(gè)小電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)軸上裝一支軟筆。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軟筆尖每轉(zhuǎn)一周就在鋼柱表面畫(huà)上一條痕跡(時(shí)間間隔為T(mén))。如圖(b)，在鋼柱上從痕跡O(畫(huà)上痕跡O時(shí)鋼柱速度為零)開(kāi)始選取5條連續(xù)的痕跡A、B、C、D、E，測(cè)得它們到痕跡O的距離分別為hA、hB、hC、hD、hE。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。123456答案(1)若電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min，則T

＝

s。

0.02

123456答案(2)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，應(yīng)該

。(填正確答案標(biāo)號(hào))

A.先打開(kāi)電源使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，后燒斷細(xì)

線(xiàn)使鋼柱自由下落B.先燒斷細(xì)線(xiàn)使鋼柱自由下落，后打開(kāi)

電源使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)A實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，為了使軟筆在鋼柱表面畫(huà)上的痕跡條數(shù)多一些，應(yīng)該先打開(kāi)電源使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，后燒斷細(xì)線(xiàn)使鋼柱自由下落。故選A。123456答案(3)畫(huà)出痕跡D時(shí)，鋼柱下落的速度vD＝

。(用題中所給物理量的字母表示)

123456答案(4)設(shè)各條痕跡到O的距離為h，對(duì)應(yīng)鋼柱的下落速度為v，畫(huà)出v2－h(huán)圖像，發(fā)現(xiàn)圖線(xiàn)接近一條傾斜的直線(xiàn)，若該直線(xiàn)的斜率近似等于

，則可認(rèn)為鋼柱下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。

2g123456答案

123456答案4.某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。將氣墊導(dǎo)軌固定在水平桌面上，調(diào)節(jié)旋鈕使其水平，在氣墊導(dǎo)軌的左端固定一光滑的定滑輪，在B處固定一光電門(mén)，測(cè)出滑塊及遮光條的總質(zhì)量為m，將質(zhì)量為M的鉤碼通過(guò)細(xì)線(xiàn)與滑塊連接。打開(kāi)氣源，滑塊從A處由靜止釋放，寬度為d的遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)B時(shí)擋光時(shí)間為t，A、B之間的距離為l，實(shí)驗(yàn)中鉤碼始終未與地面接觸，重力加速度為g。123456答案(1)滑塊由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中，系統(tǒng)重力勢(shì)能減少量ΔEp為

，系統(tǒng)動(dòng)能增加量ΔEk為

(均用題中所給字母表示)。Mgl

123456答案根據(jù)重力勢(shì)能的表達(dá)式可知滑塊由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中，系統(tǒng)重力勢(shì)能減少量ΔEp＝Mgl

123456答案(2)若實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)按上述公式計(jì)算，ΔEk總是大于ΔEp，可能的原因是

。

A.存在空氣阻力B.測(cè)出滑塊右端與光電門(mén)B之間的距離作為lC.測(cè)出滑塊左端與光電門(mén)B之間的距離作為lC123456答案若存在空氣阻力，ΔEk總是小于ΔEp，故A錯(cuò)誤；將滑塊右端與光電門(mén)B之間的距離作為l，鉤碼下落的高度偏大，ΔEk將小于ΔEp，故B錯(cuò)誤；將滑塊左端與光電門(mén)B之間的距離作為l，鉤碼下落的高度偏小，ΔEk將大于ΔEp，故C正確。123456答案

123456答案

123456答案

123456答案(2)在(1)中條件下，l取某個(gè)值時(shí)，可以使物塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度最大，速度最大值為

(用l2、g表示)，此時(shí)物塊的加速度大小為

。

0123456答案

123456答案(3)在(1)中條件下，l＝l1和l＝l3時(shí)，物塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)彈簧具有的彈性勢(shì)能分別為Ep1、Ep3，則Ep3－Ep1＝

(