1、菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合实验六 验证机械能守恒定律菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合一、实验原理与过程菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合二、实验注意事项和误差分析1注意事项(1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，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、密度大的材料(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 vndn1dn12T，不能用 vn 2gdn或 vngt 来
2、计算菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合2误差分析(1)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(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 Ek12mv2n必定稍小于重力势能的减少量 Epmghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合【例 1】(2013海南高考)某同学用图实-6-1 甲所示的实验装置验证机械能守恒定律已知打点计时器所用电源的频率为 50 Hz，当地重力加速度大小 g9.80 m/s2.实验中该同学得
3、到的一条点迹清晰的完整纸带如图实-6-1甲乙所示，纸带上的第一个点记为 O，另选连续图实-6-1的 3 个点 A、B、C 进行测量，图中给出了这 3 个点到 O 点的距离 hA、hB 和 hC 的值菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合回答下列问题(计算结果保留 3 位有效数字)：乙图实-6-1(1)打 点计时 器 打 B 点 时，重 物速 度的 大 小 vB_m/s；(2)通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合【解析】(1)由中间时刻的速度等于平均速度可得 v
4、BhAC2T 3.90 m/s.(2)从 O 到 B 重力势能的减少量 EpmghOB7.70 m，动能的增加量 Ek12mv2B7.61 m，因为在误差允许的范围内12mv2BmghOB，故该同学所做的实验验证了机械能守恒定律【答案】(1)3.90(2)是；12v 2B7.61(m/s2)，ghB7.70(m/s2)，因为12mv2BmghB，近似验证了机械能守恒定律菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合考点二数据的处理及误差分析【例 2】用如图实-6-2 甲所示的实验装置验证 m1、m2组成的系统机械能守恒m2 从高处由静止开始下落，m1 上拖着的纸带打出一系列的点
5、，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律如图实-6-2 乙给出的是实验中获取的一条纸带：0 是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有 4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示已知 m150 g、m2150 g则(g 取 10 m/s2 结果保留两位有效数字)菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合甲乙图实-6-2(1)在纸带上打下计数点 5 时的速度 v5_m/s；菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合(2)在 打 下 0 5 过 程 中 系 统 动 能 的 增 量 Ek _J，系统势能的减少量 Ep_J；由此得出的结论是_；(3)若
6、某同学作出的12v2h 图象如图实-6-3 所示，则当地的实际重力加速度 g_m/s2.图实-6-3菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合【解析】(1)v521.6026.401020.12m/s2.4 m/s(2)动能的增加量 Ek12(m1m2)v250.58 J；系统势能的减少量 Epm2ghm1gh0.60 J，故在误差允许的范围内，两者相等，m1、m2 组成的系统机械能守恒(3)由(m2m1)gh12(m1m2)v2 知v22 m2m1ghm1m2菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合即图象的斜率 km2m1gm1m2 5.821.20
7、解得 g9.7 m/s2【答案】(1)2.4(2)0.58 0.60 在误差允许的范围内，m1、m2 组成的系统机械能守恒(3)9.7菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合【例 3】(2011海南高考)现要通过实验验证机械能守恒定律实验装置如图实-6-4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，其图实-6-4总质量为 M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m 的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上 B 点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间 t，用 d表示 A 点到导轨底端 C 点的距离，h 表示 A 与 C
8、的高度差，b 表示遮光片的宽度，s 表示 A、B 两点的距离，菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合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、遮光片与砝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，1t2与 s 的关系式为1t2_.菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合(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 值结果如表所示：1
9、2345s/m0.6000.8001.0001.2001.400t/ms8.227.176.445.855.431t2/104 s21.481.952.412.923.39菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合以 s 为横坐标，1t2为纵坐标，在坐标纸中描出第 1 和第 5个数据点；根据 5 个数据点作直线，求得该直线的斜率 k_104 m1s2(保留 3 位有效数字)由测得的 h、d、b、M 和 m 数值可以计算出1t2s 直线的斜率 k0，将 k 和k0 进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实
10、深化学习览精要知识整合图实-6-5菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合【解析】(1)当滑块运动到 B 点时下降高度为 h，此时砝码上升的高度为 s，由几何关系可知 hhsd，故系统减少的重力势能为 EpMghmgsMhmdgsd.由于系统从静止开始运动，运动至 B 点时的速度 vBbt，故动能的增加量 Ek12(Mm)v2BMmb22t2.由 EpEk 可解得1t22MhmdgsMmdb2.菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合(2)描点及作直线见图在图中直线上取相距较远的两点，读出两点坐标，由 k1t2s 可得 k2.40104 m1s2.菜
11、单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合【答案】(1)Mhmdgsd Mmb22t2 2MhmdgsMmdb2(2)2.40 描点与作图见解析菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合借题发挥高考命题角度分析一、本题创新点分析1真题溯源：本题中利用光电门测速度来源于教材中的其它实验比处理纸带测速度优越得多2创新亮点：(1)通过测量 M 的速度大小，从而知道 M的速度大小，也就求出了系统总动能变化(2)利用几何关系，结合 A、B 间距为 s，求出 M 下降的竖直高度 hhds，进一步求出 M 重力势能的减小量菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习
12、览精要知识整合二、本实验的其他改进新思路(一)实验器材的创新1本实验可以用一根不可伸长的轻绳、小圆柱、光电门来完成验证如图实-6-6 所示，方法是用轻绳拴住小圆柱让其绕悬点由水平位置向下做圆周运动，在悬点的正下方固定好光电门测出小圆柱经过光电门的速度，可由 mgL12mv2，验证机械能守恒图实-6-6菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合2本实验也可以借助平抛运动来验证，如图实-6-7 所示图实-6-7弧形轨道末端水平，离地面的高度为 H.将钢球从轨道的不同高度 h 处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为 s.菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要
13、知识整合由平抛规律：svt、H12gt2又由机械能守恒：mgh12mv2得 s24Hh，即通过测量 s、H、h，若在实验误差范围内 s2 与 4Hh 近似相等即可验证机械能守恒菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合(二)数据处理1本实验中的打点计时器，不采用电磁打点计时器，而采用电火花打点计时器，可以避免振针阻力的影响，减小实验的误差2用高频闪光照相机对自由落体运动的小球拍照，可通过分析小球的闪光照片验证机械能守恒，数据处理方法与处理纸带类似3利用光电门测小球下落速度的方法验证机械能守恒，可以减小因打点计时器限位孔及振针的阻力对实验精确度的影响菜单析典例考点突破高三总复
14、习 物理重落实深化学习览精要知识整合1图实-6-8 为验证机械能守恒定律的实验装置示意图现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平回答下列问题：图实-6-8(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_(填入正确选项前的字母)A米尺 B秒表C012 V 的直流电源D012 V 的交流电源菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合(2)实验中误差产生的原因有_(写出两个原因)；【解析】(1)需要米尺来测量纸带上的点之间的距离，电磁打点计时器需用交流电源，故 A、D 正确(2)纸带与电磁打点计时器之间存在摩擦力；测量两点之间距离时的读数有误差；
15、计算势能变化时，选取的两点距离过近；交流电源频率不稳定(选取两个原因即可)【答案】(1)AD(2)见解析菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合2利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图实-6-9 所示：图实-6-9(1)实验步骤：将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于 1 m，将导轨调至水平菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合用游标卡尺测量挡光条的宽度 l，结果如图实-6-10 所示，由此读出 l_mm.图实-6-10 由 导 轨 标 尺 读 出 两 光 电 门 中 心 之 间 的 距 离 s _cm.菜单析典例考点突破高三总复习
16、物理重落实深化学习览精要知识整合将滑块移至光电门 1 左侧某处，待砝码静止不动时释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门 2.从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门 1 和光电门 2 所用的时间 t1 和 t2.用天平称出滑块和挡光条的总质量 M，再称出托盘和砝码的总质量 m.菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合(2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式：滑块通过光电门 1 和光电门 2 时瞬时速度分别为 v1_和 v2_.当滑块通过光电门 1 和光电门 2 时，系统(包括滑块、挡 光 条、托 盘 和 砝 码)的 总 动 能 分 别 为Ek
17、1 _和 Ek2_.在滑块从光电门 1 运动到光电门 2 的过程中，系统势能的减少 Ep_(重力加速度为 g)菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合(3)如果 Ep_，则可认为验证了机械能守恒定律【解析】由于挡光条宽度很小，可将挡光条通过光电门时的平均速度视为瞬时速度【答案】(1)9.25 60.00(59.9660.04)(2)lt1 lt2 12(Mm)(lt1)2 12(Mm)(lt2)2mgs(3)Ek2Ek1菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合3(2012海南高考)一水平放置的轻弹簧，一端固定，另一端与一小滑块接触，但不粘连；初始时滑
18、块静止于水平气垫导轨上的 O图实-6-11点，如图实-6-11 所示现利用此装置探究弹簧的弹性势能Ep 与其被压缩时长度的改变量 x 的关系先推动小滑块压缩弹簧，用米尺测出 x 的数值；然后将小滑块从静止释放用计时器测出小滑块从 O 点运动至气垫导轨上另一固定点 A 所用的时间 t.多次改变 x，测得的 x 值及其对应的 t 值如下表所示(表中的 1/t 值是根据 t 值计算得出的)菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合x(cm)1.001.502.002.503.00t(s)3.332.201.601.321.081/t(s1)0.3000.4550.6250.758
19、0.926图实612(1)根据表中数据，在图实612 中的方格纸上作1t x 图线菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合(2)回答下列问题：(不要求写出计算或推导过程)已知点(0,0)在1t-x 图线上，从1t-x 图线看，1t与 x 是什么关系？从理论上分析，小滑块刚脱离弹簧时的动能 Ek 与1t是什么关系(不考虑摩擦力)?当弹簧长度改变量为 x 时，弹性势能 Ep 与相应的 Ek是什么关系？综合考虑以上分析，Ep 与 x 是什么关系？菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合【解析】利用转化法间接测量物理量或研究物理规律是实验设计中常用的思想方法
20、(1)如图所示(2)图线为过坐标原点的直线，因此1t与 x 成正比OA 距离 l 一定，滑块离开弹簧时的速度 vlt，则动能Ek12m(lt)2，即 Ek 与(1t)2 成正比弹簧与滑块组成的系统机械能守恒，因此 EpEk.菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合由于1t与 x 成正比，即滑块离开弹簧时的速度与 x 成正比，则动能 Ek 与 x2 成正比，又有 EpEk，故 Ep 与 x2 成正比【答案】(1)见解析(2)1t与 x 成正比 Ek 与(1t)2成正比 EpEk Ep 与 x2 成正比(将“正比”写为“线性关系”的，同样给分)菜单析典例考点突破高三总复习 物
21、理重落实深化学习览精要知识整合4在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图实-6-13 所示其中 O 是起始点，A、B、C 是打点计时器连续打下的 3 个点该同学用毫米刻度尺测量 O 到 A、B、C 各点的距离，并记录在图中(单位 cm)图实-6-13(1)这三个数据中不符合读数要求的是_，应记作_cm.菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合(2)该同学用重锤在 OB 段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度 g9.80 m/s2，他用 AC 段的平均速度作为跟 B 点对应的物体的瞬时速度，则该段重锤重力势能的减少量为_，而动能的增加量为_，
22、(均保留 3 位有效数字，重锤质量用 m 表示)这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_动能的增加量，原因是_菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合【解析】本实验测量长度用的是毫米刻度尺，故三个数据中 15.7 是不合理的，应记做 15.70，最后一位是估读；O点到 B 点的距离 h12.54 cm，故减少的势能 Epmgh1.23m；计算 O 点到 B 点的动能增加量，应先计算出 B 点的瞬时速度 vB，由图可知：vBxAC2T0.15700.095120.02 m/s1.5475 m/s，故 Ek12mv2B1.20m由以上数据可知 EpEk，其原因在于纸带与限位
23、孔之间有摩擦或空气阻力对实验也带来影响菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合【答案】(1)15.7 15.70(2)1.23m 1.20m 大于 有阻力做负功菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合5某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图实-6-14 所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验 甲 乙图实-6-14菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是_
24、，理由是_.(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图实-6-15 所示，相邻两点之间的时间间隔为 0.02 s，请根据纸带计算出 B 点的速度大小为_m/s.(结果保留三位有效数字)图实-6-15菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合(3)该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出 v2h 图线如图实-6-16 所示，请根据图线计算出当地的重力加速度 g_m/s2.(结果保留两位有效数字)图实-6-16菜单析典例考点突破高三总复习 物理重落实深化学习览精要知识整合【解析】(1)甲 采用乙方案时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑的过程中机械能不守恒，故乙方案不能用于验证机械能守恒定律(2)vB12.406.931020.04 m/s1.37 m/s.(3)因为 mgh12mv2，所以 g12v2h 12k，k 为图线的斜率，求得 g9.8 m/s2.【答案】(1)见解析(2)1.37(3)9.8
