高考物理創(chuàng)新案例(人教)實(shí)驗(yàn)七 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

歡迎進(jìn)入物理課堂 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證機(jī)械能守恒定律 圖實(shí) 7 1 三 實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺 含鐵夾 打點(diǎn)計(jì)時器 學(xué)生電源 紙帶 復(fù)寫紙 導(dǎo)線 毫米刻度尺 重物 帶紙帶夾 四 實(shí)驗(yàn)操作1 實(shí)驗(yàn)步驟 1 安裝置 按圖實(shí) 7 2所示將檢查 調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時器豎直固定在鐵架臺上 接好電路 2 打紙帶 將紙帶的一端用夾子固定在重物上 另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時器的限位孔 用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時器的地方 先接通電源 后松開紙帶 讓重物帶著紙帶自由下落 更換紙帶重復(fù)做3 5次實(shí)驗(yàn) 圖實(shí) 7 2 五 注意事項(xiàng)1 打點(diǎn)計(jì)時器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺上 打點(diǎn)計(jì)時器平面與紙帶限位孔調(diào)整到豎直方向 以減小摩擦阻力 2 重物要選用密度大 體積小的物體 這樣可以減小空氣阻力的影響 從而減小實(shí)驗(yàn)誤差 3 實(shí)驗(yàn)中 需保持提紙帶的手不動 且保證紙帶豎直 待接通電源 打點(diǎn)計(jì)時器工作穩(wěn)定后 再松開紙帶 六 誤差分析1 本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時器阻力 做功 故動能的增加量 Ek稍小于重力勢能的減少量 Ep 即 Ek Ep 這屬于系統(tǒng)誤差 改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝 盡可能地減少阻力 2 本實(shí)驗(yàn)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0點(diǎn)量起 一次將各打點(diǎn)對應(yīng)的下落高度測量完 或者采用多次測量取平均值來減小誤差 例1 2010 新課標(biāo)全國卷 圖實(shí) 7 3為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 現(xiàn)有的器材為 帶鐵夾的鐵架臺 電磁打點(diǎn)計(jì)時器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問題 圖實(shí) 7 3 1 為完成此實(shí)驗(yàn) 除了所給的器材 還需要的器材有 填入正確選項(xiàng)前的字母 A 米尺B 秒表C 0 12V的直流電源D 0 12V的交流電源 2 實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有 寫出兩個原因 解析 本題意在考查考生對 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)原理的理解 并能正確分析實(shí)驗(yàn)誤差的來源 1 打點(diǎn)計(jì)時器使用的電源為交流電源 故應(yīng)選取0 12V的交流電源 D正確 利用米尺測量紙帶上各點(diǎn)間的距離 A正確 本實(shí)驗(yàn)中利用打點(diǎn)計(jì)時器作為計(jì)時工具 所以不需要秒表 B錯誤 2 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時器之間有摩擦 用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時讀數(shù)有誤差 計(jì)算勢能變化時 選取始末兩點(diǎn)距離過近 交流電頻率不穩(wěn)定 例2 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)可以采用圖實(shí) 7 4所示的甲或乙方案來進(jìn)行 圖實(shí) 7 4 1 比較這兩種方案 選填 甲 或 乙 方案好些 理由是 2 圖實(shí) 7 5是該實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶 測得每兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示 已知每兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔T 0 1s 物體運(yùn)動的加速度a 該紙帶是采用 選填 甲 或 乙 實(shí)驗(yàn)方案得到的 簡要寫出判斷依據(jù) 圖實(shí) 7 5 3 如圖實(shí) 7 6是采用甲方案得到的一條紙帶 在計(jì)算圖中N點(diǎn)速度時 幾位同學(xué)分別用下列不同的方法進(jìn)行 其中正確的是 圖實(shí) 7 6 解析 1 機(jī)械能守恒的前提是只有重力做功 實(shí)際操作的方案中應(yīng)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(shí)驗(yàn)方案得到的 這是因?yàn)槲矬w運(yùn)動的加速度比重力加速度小很多 3 勻變速運(yùn)動中某一段的平均速度等于中間時刻的瞬時速度 因?yàn)樗∮?jì)時起點(diǎn)O的速度不一定為零 所以A D錯 B C項(xiàng)對 答案 1 甲見解析 2 4 8m s2乙見解析 3 BC 1 在用圖實(shí) 7 7所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時 某同學(xué)的以下說法中正確的是 圖實(shí) 7 7 A 必須用秒表測出重物下落的時間B 實(shí)驗(yàn)操作時 注意手提著紙帶使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時器 先接通打點(diǎn)計(jì)時器電源 然后松開紙帶C 如果打點(diǎn)計(jì)時器不豎直 重物下落時 其重力勢能有一部分消耗在紙帶摩擦上 就會造成重力勢能的變化小于動能的變化D 驗(yàn)證時 必須測量重物的質(zhì)量或重力 解析 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中使用打點(diǎn)計(jì)時器 不需要測時間 A錯誤 打點(diǎn)計(jì)時器不豎直 重物下落時 其重力勢能有一部分消耗在紙帶摩擦上 造成重力勢能的減少量大于動能的增加量 C錯誤 實(shí)驗(yàn)時 為節(jié)約紙帶 便于測量 應(yīng)使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時器 應(yīng)先通電后放手 B正確 因?yàn)閯幽芎蛣菽鼙磉_(dá)式中都含有質(zhì)量 可以消去 故不需測質(zhì)量 D錯誤 答案 B 2 2010 安徽高考 利用圖實(shí) 7 8所示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時 需要測量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時的瞬時速度v和下落高度h 某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶 設(shè)計(jì)了以下四種測量方案 圖實(shí) 7 8 以上方案中只有一種正確 正確的是 填入相應(yīng)的字母 解析 由于摩擦阻力等因素的存在 物體加速度a g 選項(xiàng)A B C均不正確 答案 D 3 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 打點(diǎn)計(jì)時器接在50Hz的交變電源上 自由下落的重物質(zhì)量為1kg 一條理想的紙帶數(shù)據(jù)如圖實(shí) 7 9所示 單位是cm g取9 8m s2 O A之間有幾個計(jì)數(shù)點(diǎn)沒畫 O點(diǎn)是重物開始下落時打出的第1個點(diǎn) 圖實(shí) 7 9 答案 1 0 491J0 480J 2 過原點(diǎn)的傾斜直線9 8m s2 4 某同學(xué)在應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時器做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)中 獲取了一根紙帶如圖實(shí) 7 10所示 但測量發(fā)現(xiàn)0 1兩點(diǎn)距離遠(yuǎn)大于2mm 且0 1和1 2間有點(diǎn)漏打或沒有顯示出來 而其他所有點(diǎn)都是清晰完整的 現(xiàn)在該同學(xué)用刻度尺分別量出2 3 4 5 6 7六個點(diǎn)到0點(diǎn)的長度hi i 2 3 7 再分別計(jì)算得到3 4 5 6四個點(diǎn)的速度vi和vi2 i 3 4 5 6 已知打點(diǎn)計(jì)時器打點(diǎn)周期為T 圖實(shí) 7 10 1 該同學(xué)求6號點(diǎn)速度的計(jì)算式是v6 2 該同學(xué)將計(jì)算得到的四組 hi vi2 數(shù)據(jù)在v2 h坐標(biāo)系中找到對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn) 將四個點(diǎn)連接起來得到如圖實(shí) 7 11所示的直線 請你回答 接下來他是否能夠判斷重錘下落過程機(jī)械能守恒 說明理由 圖實(shí) 7 11 圖實(shí) 7 12 答案 1 打第一個點(diǎn)時重物的初速度為零 2 0 59m s0 17J0 17J機(jī)械能守恒 3 C 放上白紙 上面覆蓋著復(fù)寫紙 當(dāng)小球落在復(fù)寫紙上時 會在下面白紙上留下痕跡 用重垂線確定出A B點(diǎn)的投影點(diǎn)N M 重復(fù)實(shí)驗(yàn)10次 小球每一次都從同一點(diǎn)由靜止釋放 球的落點(diǎn)痕跡如圖實(shí) 7 15所示 圖中米尺水平放置 零刻度線與M點(diǎn)對齊 用米尺量出AN的高度h1 BM的高度h2 算出A B兩點(diǎn)的豎直距離 再量出M C之間的距離x 即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 已知重力加速度為g 小球的質(zhì)量為m 圖實(shí) 7 14圖實(shí) 7 15 1 根據(jù)圖 7 15可以確定小球平拋時的水平射程為 cm 2 用題中所給字母表示出小球平拋時的初速度v0 3 用測出的物理量表示出小球從A到B過程中 重力勢能的減少量 Ep 動能的增加量 Ek 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全