高考物理一轮复习实验6验证机械能守恒定律含答案
展开实验六 验证机械能守恒定律 实验溯本求源 ●误差分析 1.偶然误差 2.系统误差 ●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vn=,不能用vn=或vn=gt来计算. 实验热点探究 热点一 教材原型实验 题型1|实验原理与操作 eq \a\vs4\al\co1(,1) 如图所示,打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验证机械能守恒定律. (1)对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是________. A.重物选用质量和密度较大的金属锤 B.两限位孔在同一竖直面内上下对正 C.精确测量出重物的质量 D.用手托稳重物,接通电源后,撤手释放重物 (2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上,按正确操作得到了一条完整的纸带,由于纸带较长,图中有部分未画出,如图所示,纸带上各点是打点计时器打出的计时点,其中O点为纸带上打出的第一个点.重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出,利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________. A.OA、AD和EG的长度 B.OC、BC和CD的长度 C.BD、CF和EG的长度 D.AC、BD和EG的长度 题型2数据处理及分析 例2 “验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示. (1)甲同学按照正确的实验步骤操作后,选出一条纸带如图乙所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点.从纸带上A点开始每隔一个点取一个计数点,取得两个计数点B和C.该同学用刻度尺测得OA=9.62 cm,OB=15.89 cm,OC=23.64 cm.已知打点计时器每0.02 s打一个点,重物的质量为m=1.00 kg,取g=9.80 m/s2.在OB段运动过程中,重物重力势能的减少量ΔEp=________ J,重物动能的增加量ΔEk=________ J.(结果保留3位有效数字) (2)乙同学利用该实验装置测定当地的重力加速度.打点计时器打出一条纸带后,他利用纸带测出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,以h为横轴,以v2为纵轴画出了如图丙所示的图线.图线明显偏离原点,若测量和计算都没有问题,其原因可能是________________________________.测出图线的斜率为k,如果阻力不可忽略,则当地的重力加速度g________(填“大于”“等于”或“小于”)k. 练1 某同学采用如图甲所示的装置进行“验证机械能守恒定律”实验. (1)除了图甲装置中的器材之外,还必须从图乙中选取实验器材,其名称是________; (2)指出图甲装置中不合理的地方(一处)________________________________; (3)小明同学通过正确实验操作得到了如图丙的一条纸带,读出计数点0、4两点间的距离为________ cm; (4)已知打点计时器的电源频率为50 Hz,计算得出打下计数点5时纸带速度的大小为________m/s(保留两位有效数字); (5)在实际的测量中,重物减少的重力势能通常会______(填“略大于”“等于”或“略小于”)增加的动能,这样产生的误差属于______(填“系统误差”或“偶然误差”); (6)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒.在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2h图象,并做如下判断:若图象是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒. 请你分析论证该同学的判断依据是否正确________(填“正确”或“不正确”),并说明原因________________________________________________________________________. 热点二 实验拓展创新 题型1|用光电门测速法验证 例3 [2021·湖北省荆州中学月考]某同学设计出如图甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”.让小球从A点自由下落,下落过程中经过A点正下方的光电门B时,光电计时器记录下小球通过光电门的时间t,已知当地的重力加速度为g. (1)为了验证机械能守恒定律,该实验还需要测量下列哪些物理量________. A.小球的质量m B.A、B之间的距离H C.小球从A到B的下落时间tAB D.小球的直径d (2)小球通过光电门时的瞬时速度v=________(用题中所给的物理量表示). (3)调整A、B之间的距离H,多次重复上述过程,作出随H变化的图象如图乙所示,当小球下落过程中机械能守恒时,该图线的斜率k0=________. (4)在实验中根据实际数据绘出的-H图象的斜率为k(k
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