物理202屆高考與名師對話第一輪復習打包老師搜集

(對應學生P98)一、實驗目的利用

落體運動驗證只有重力作用下的物體機械能守恒．二、實驗原理1．在只有重力做功的

落體運動中，物體的重力勢能和動能相互轉(zhuǎn)化，但總的機械能保持不變.

若高度為h，則重力勢能的減少量為mgh，動能在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗證了2．利用紙帶計算速度的方法：如下圖所示，則第n

個nv

＝nx

＋x＋n

12T或vn＝hn＋1－h(huán)n－12T.三、實驗器材鐵架臺(含鐵夾)，打點計時器，學生電源，紙帶，復寫紙，導線，刻度尺，天平(也可不選)，重物．問題探究在計算n點的速度時，能否可以利用vn＝gnT計算求得？[提示]若利用公式vn＝gnT計算第n點的瞬時速度，說明物體下落的加速度為g，在此前提下機械能一定守恒，不需實驗驗證．所以本實驗需要的物體在某一時刻的實際速度，應由紙帶上的數(shù)據(jù)求解，而不是利用公式vn＝gnT計算求得．四、實驗步驟測質(zhì)量：用天平測出重物的質(zhì)量m(也可不測)．安裝置：按右圖將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路．3．打紙帶：將紙帶的一端用計時器的限位孔用手提著紙帶使重物固定在重物上，另一端穿過打點在靠近打點計時器的地方.

先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶

下落．更換紙帶重復做3次～5次實驗．4．選紙帶：分兩種情況說明122n

n(1)用

mv

＝mgh

驗證時，應選點跡清晰，且

1、2

兩點間距離略小于或接近

2

mm

的紙帶.

若

1、2

兩點間的距離大于

2

mm，這是由于先紙帶，后接通電源造成的.

這樣，第

1

個點就不是運動的起始點了這樣的紙帶不能選．1

12

22

2B

A(2)用

mv

－

mv

＝mgΔh

驗證時，由于重力勢能的相對性，處理紙帶時，選擇適當?shù)狞c為基準點，這樣紙帶上打出的第1、2

兩點間的距離是否為2

mm

就無關(guān)緊要了，所以只要后面的點跡清晰就可選用．五、實驗改進1．物體的速度可以用光電計時器測量，以減小由于測量和計算帶來的誤差．管和頻閃整個實驗裝置可以放在真空的環(huán)境中操作，如用照相進行驗證，以消除由于空氣阻力作用而帶來的誤差．可以利用氣墊導軌來設(shè)計該實驗，以減小由于摩擦帶來的誤差．(對應學生

P98)要點一

誤差分析本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量ΔEk稍小于重力勢能的減少量Δ

Ep，即ΔEk<ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差．改進的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力．本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬偶然誤差.減小誤差的辦法是測下落距離時都從O點量起，一次將各打點對應的下落高度測量完，或者多次測量取平均值．要點二

注意事項1.應盡可能控制實驗條件，即應滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小摩擦阻力．應選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減?。?．實驗中，提紙帶 要保持不動，且保證紙帶豎直.

接通電源后，打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶．是否相等即可驗證機械能是否守恒．4．測量下落高度時，為了減小測量值h的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點遠一些，紙帶也不易過長，有效長度可在60

cm～80cm之間．1223．驗證機械能守恒時，可以不測出物體質(zhì)量，只要比較v

和ghn

n(2010·

新課標)圖為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平．回答下列問題：(1)

為完成此實驗，

除了所給的器材，

還需要的器材有

_．(填入正確選項前的字母)A．米尺C．0～12

V的直流電源B．秒表D．0～12

V的交流電源(2)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有

．(寫出兩個原因)[解析](1)打點計時器使用的電源為交流電源，故應選取0～12V的交流電源，D正確；利用米尺測量紙帶上各點間的距離．A正確．本實驗中利用打點計時器作為計時工具，所以不需要秒表，B錯誤．(2)實驗誤差的來源主要是由于紙帶在下滑的過程中需要克服摩擦力做功，以及用米尺測量數(shù)據(jù)時讀數(shù)有誤差．[答案]

(1)AD (2)紙帶和打點計時器之間有摩擦；用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差．(對應學生P98)題型一

實驗數(shù)據(jù)的處理(1)求瞬時速度在第一個打點上標出O，并從稍靠后的某一點開始，依次標出1、2

3、4、…并量出各點到位置O

的距離h1、h2、h3、h4、….用公式vn＝h

－h(huán)＋

－n

1

n

12T1

2

3

4計算出各點對應的瞬時速度v

、v

、v

、v

、….(2)驗證守恒122n

n方法一：利用起始點和第

n

點計算.

代入

gh

和

v

，如果在實驗誤122n

n差允許的范圍內(nèi)，gh

＝

v

，則說明機械能守恒定律是正確的．方法二：任取兩點計算①任取兩點A、B

測出hAB，算出ghAB.2B1

122

2A②算出

v

－

v

的值．12AB

B12

22A③如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，gh

＝

v

－

v

，則說明機械能守恒定律是正確的．方法三：圖象法.從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度

h，并計算各點速度的平方

v2，

1v2

為縱軸，以

h

為然后以2橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出1v2－h(huán)

圖線.若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一2條過原點且斜率為g

的直線，則驗證了機械能守恒．例

1

用

落體法驗證機械能守恒定律的實驗中：mv2(1)運用公式

2

＝mgh

對實驗條件的要求是

，為此所選擇的紙帶第

1、2

兩點間的距離應接近

．(2)若實驗中所用重物的質(zhì)量

m＝1

kg.打點紙帶

，打點時間間隔為

0.02 s，則記錄

B

點時，重物速度

vB＝

＝

，

從開始下落起至

B

點時重物的重力勢能減

，由此可得出的結(jié)論是

．v2(3)根據(jù)紙帶算出相關(guān)各點的速度v，量出下落距離h，則以2

為縱軸、以

h

為橫軸畫出的圖象應是如下圖中的(

)[嘗試解答]

(1)物體

下落時，在

0.02

s

內(nèi)的位移應為1h＝1g

T2＝

×9.8×(0.02)2

m≈2

mm.2

2所以對實驗條件的要求是打第一個點時重物的初速度為零．AC(2)vB＝

2T

＝31.4－7.8×10－32×0.02m/s＝0.59

m/s.此時重物的動能為21Ek＝1mv2

＝

×1×(0.59)2

J≈0.17

J.B

2重物的重力勢能減少量為ΔEp＝mgh＝1×9.8×17.6×10－3

J≈0.17

J.故機械能守恒．0.17

J[答案]

(1)打第一個點時重物的初速度為零

2

mm

(2)0.59

m/s0.17

J

機械能守恒

(3)C2(3)由機械能守恒定律可知，mgh＝1mv2，即驗證機械能守恒定律成12v2立，只需驗證2v

＝gh

即可.如以縱坐標為2

、橫坐標為h，則圖象應為過原點，且斜率為g

的直線，故C

圖正確．題型二

實驗的拓展和遷移例2

某實驗小組利用如下圖所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒．實驗前需要調(diào)整氣墊導軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導軌是否水平？如下圖所示(經(jīng)放大后的)，游標卡尺測得遮光條的寬度d＝

cm；實驗時將滑塊從圖示位置由

，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt＝1.2×10－2

s，則滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為

m/s.在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、

和

(文字說明并用相應的字母表示)．(3)本實驗通過比較

和

在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等(用測量的物理量符號表示)，從而驗證系統(tǒng)的機械能守恒．[嘗試解答]

本題以創(chuàng)新的物理情景來考查驗證機械能守恒定律的實驗，同時考查游標卡尺的讀數(shù).

游標尺的讀數(shù)為

d＝

5

mm＋

0.1dmm×2＝5.2

mm＝0.52 cm；滑塊通過光電門時的瞬時速度為v＝Δt＝0.52×10－21.2×10－2m/s＝0.43

m/s；系統(tǒng)重力勢能的減少量為mgs，系統(tǒng)動能的增加量為1(m＋M)v2＝2

2d21(m＋M)( )

.Δt[答案]

(1)接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導軌上，若滑塊基本保持，則說明導軌是水平的(或取下鉤碼，輕推滑塊，滑塊基本能做勻速直線運動)．(2)0.52

0.43

滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離

s

滑塊的質(zhì)量

M(3)mgsd1(m＋M)(

)2

Δt2(對應學生

P99)1．關(guān)于驗證機械能守恒定律實驗的下列說法中，哪些是正確的(

)A．選用重物時，重的比輕的好B．選用重物時，體積小的比體積大的好

C．選取重物后，要稱出它的質(zhì)量D．重物所受的重力，應遠大于它所受的空氣阻力和紙帶受到打點計時器的阻力[解析]在選取重物時，由于有空氣阻力和摩擦阻力的存在，應該選取質(zhì)量比較大的、體積比較小的重物，這樣可以使重物的重力遠大于它所受的空氣阻力和紙帶受到的打點計時器的摩擦阻力．[答案]

ABD2．(2010·

高考)利用圖示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由開始下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h.某班同學利用實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案．a(chǎn)．用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時間t，通過v＝gt

計算出瞬時速度v.2gh計算出瞬時b．用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v＝速度v.c．根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前v22g后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度

v，并通過

h＝ 計算得出高度h.d．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v.以上方案中只有一種正確，正確的是

．(填入相應的字母)[答案]

d3．(2011·廣州模擬)“驗證機械能守恒定律”的實驗可以采用下圖所示的甲或乙方案來進行．比較這兩種方案，

(選填“甲”或“乙”)方案好些，理由是

．圖丙是該實驗中得到的一條紙帶，測得每兩個計數(shù)點間的距離，已知每兩個計數(shù)點之間的時間間隔T＝0.1s，物體運動的加速度a＝

；該紙帶是采用

(選填“甲”或“乙”)實驗方案得到的.

簡要寫出判斷依據(jù)

．(3)如下圖丁是采用甲方案得到的一條紙帶，在計算圖中N點速度時，幾位同學分別用下列不同的方法進行，其中正確的是(

)NA．v

＝gnTNB．v

＝nx

＋x＋n

12TNC．v

＝＋n

1d

－d—n

12TND．v

＝g(n－1)T[解析](1)機械能守恒的前提是只有重力做功，實際操作的方案中應該使摩擦力越小越好，所以甲方案好．(2)處理紙帶數(shù)據(jù)時，為減小誤差一般采用逐差法，得a＝4.8m/s2(4.7m/s2～4.9m/s2均可).該紙帶是采用乙實驗方案得到的，這是因為物體運動的加速度力加速度小很多．(3)勻變速運動中某一段的平均速度等于中間時刻的瞬時速度.因為所取計時起點O的速度不一定為零，所以A、D錯，B、C項對．[答案]

(1)甲

見解析(2)4.8

m/s2

乙

見解析

(3)B、C4．在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量m＝1.00kg的重物下落，打點計時器在紙帶上打出一系列點.如上圖所示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點(速度恰好為零)，每兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，選連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C作為測量的點，，經(jīng)測量知道A、B、C各點到O點的距離分別為50.50cm、86.00cm、130.50cm.已知打點計時器每隔0.02s打一次點，當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80

m/s2.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計算出打B點時的速度vB＝

m/s；重物由O點運動到B點，重力勢能減少了

J，動能增加了

J．根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實際下落的加速度為

m/s2，物體在從A到B下落的過程中所受到的平均阻力為

N(計算結(jié)果都要保留3位有效數(shù)字)，該阻力的來源主要有：

；

．[解析]

由于每兩個相鄰計數(shù)點之間還有4個點沒有畫出，所以每兩個相鄰計數(shù)點之間的時間間隔為

0.1

s，同時可求得：

AB

＝86.00

cm－50.50

cm＝35.50

cm＝0.3550

mBC

＝130.50

cm－86.00

cm＝44.50

cm＝0.4450

m根據(jù)勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度可得：AC OC

－

OAv

中＝

v

＝

2T

＝

2T

＝130.50－50.50×10－22×0.1m/s＝4.00

m/s，即vB＝4.00

m/s由

O

點運動到

B

點下落的距離為：sOB＝86.00cm＝0.86m，重力勢能減少了

EPB＝mgh＝1.00×9.80×0.86

J＝8.43

J．根據(jù)求得的

B

點速度可得重物由

O

點運動到

B

點動能增加了

ΔEkOB

＝

1

mv2

＝

12

2×1.00×(4.00)2

J＝8.00

J．由Δx＝aT2

可求得紙帶下落的加速度a＝

T2Δx＝BC

－

ABT20.09＝0.12m/s2＝9.00

m/s2.根據(jù)

第二定律得：mg－f＝ma.從A

到B

下落