（通用版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 第33課時(shí) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（實(shí)驗(yàn)增分課）講義（含解析）.doc

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第33課時(shí)　驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(實(shí)驗(yàn)增分課) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變。若物體某時(shí)刻瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，則重力勢(shì)能的減少量為mgh，動(dòng)能的增加量為mv2，判斷它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 2．速度的測(cè)量：做勻變速運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度vt＝2t。計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)瞬時(shí)速度的方法是：測(cè)出第n個(gè)點(diǎn)的相鄰前后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離xn和xn＋1，由公式vn＝或vn＝算出，如圖所示。 三、實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái)(含鐵夾)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)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)。 謹(jǐn)記部分器材用途 毫米刻度尺 測(cè)量重物下落的高度 重物 自由下落，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．儀器安裝 將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，連接好電路。 2．打紙帶 將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)器的地方。先接通電源，后松開(kāi)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)。 3．選紙帶 分兩種情況說(shuō)明 (1)如果根據(jù)mv2＝mgh驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，打點(diǎn)成一條直線，且1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近2 mm的紙帶。若1、2兩點(diǎn)間的距離大于2 mm，則可能是由于先釋放紙帶，后接通電源造成的。這樣，第1個(gè)點(diǎn)就不是運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)了，這樣的紙帶不能選。 (2)如果根據(jù)mvB2－mvA2＝mgΔh驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的變化是絕對(duì)的，處理紙帶時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離是否接近2 mm就無(wú)關(guān)緊要了，只要后面的點(diǎn)跡清晰就可選用。 五、數(shù)據(jù)處理 1．求瞬時(shí)速度 由公式vn＝可以計(jì)算出重物下落h1、h2、h3、…的高度時(shí)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、…。 2．驗(yàn)證守恒 方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算，代入ghn和vn2，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，ghn＝vn2，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 方法二：任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出ghAB和 的值，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，ghAB＝vB2－vA2，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 方法三：圖像法，從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h圖線。若在誤差允許的范圍內(nèi)圖像是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 六、誤差分析 1．系統(tǒng)誤差 本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)做功，故動(dòng)能的增加量ΔEk稍小于重力勢(shì)能的減少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差，改進(jìn)的方法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力。 2．偶然誤差 本實(shí)驗(yàn)的另一誤差來(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量，屬于偶然誤差。減小誤差的方法是測(cè)下落距離時(shí)都從O點(diǎn)測(cè)量，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完，或者多次測(cè)量取平均值。 七、注意事項(xiàng) 1．應(yīng)盡可能控制實(shí)驗(yàn)條件，即應(yīng)滿足機(jī)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： (1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小摩擦阻力。 (2)應(yīng)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(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。 2．實(shí)驗(yàn)中，提紙帶的手要保持不動(dòng)，且保證紙帶豎直，接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再松開(kāi)紙帶。 3．驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，可以不測(cè)出重物質(zhì)量，只要比較vn2和ghn是否相等即可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。 4．測(cè)量下落高度時(shí)，為了減小測(cè)量值h的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些，紙帶也不宜過(guò)長(zhǎng)，有效長(zhǎng)度可在60～80 cm之間。 5．速度不能用vn＝gtn或vn＝計(jì)算，否則犯了用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒的錯(cuò)誤。 考法一　實(shí)驗(yàn)原理與操作 1.(2019漳州檢測(cè))用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓有6 V的交流電和直流電兩種。重物從高處由靜止開(kāi)始下落，重物拖著紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 (1)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟： A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器材； B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上； C．用天平測(cè)出重物的質(zhì)量； D．先釋放紙帶，再接通電源開(kāi)關(guān)打出一條紙帶； E．測(cè)量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離； F．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重物下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能。 其中沒(méi)有必要進(jìn)行或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是________(將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在橫線處)。 (2)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，若以v2為縱軸、以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h的圖像應(yīng)是________________________，才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。v2h圖像的斜率等于____________的數(shù)值。 解析：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接到電源的交流輸出端上，故B錯(cuò)誤；驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒只需驗(yàn)證mgh＝mv2，即gh＝v2，m可約去，故不需要測(cè)量重物的質(zhì)量，故C沒(méi)有必要進(jìn)行；開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，然后再釋放重物，讓它帶著紙帶一同下落，如果先放開(kāi)紙帶讓重物下落，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動(dòng)較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會(huì)使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差，故D錯(cuò)誤。 (2)利用v2h圖像處理數(shù)據(jù)，重物自由下落過(guò)程中機(jī)械能守恒，mgh＝mv2，即v2＝gh，若以v2為縱軸、以h為橫軸，畫(huà)出的圖像應(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，可知v2h圖像的斜率就等于重力加速度g的數(shù)值。 答案：(1)BCD　(2)過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線　重力加速度g 2．(2017天津高考)如圖甲所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開(kāi)始自由下落，利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 (1)對(duì)于該實(shí)驗(yàn)，下列操作中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有利的是________。 A．重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘 B．兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正 C．精確測(cè)量出重物的質(zhì)量 D．用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撤手釋放重物 (2)某實(shí)驗(yàn)小組利用上述裝置將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到50 Hz的交流電源上，按正確操作得到了一條完整的紙帶，由于紙帶較長(zhǎng)，圖中有部分未畫(huà)出，如圖乙所示。紙帶上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)，其中O點(diǎn)為紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)。重物下落高度應(yīng)從紙帶上計(jì)時(shí)點(diǎn)間的距離直接測(cè)出，利用下列測(cè)量值能完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的選項(xiàng)有________。 A．OA、AD和EG的長(zhǎng)度 B．OC、BC和CD的長(zhǎng)度 C．BD、CF和EG的長(zhǎng)度 D．AC、BD和EG的長(zhǎng)度 解析：(1)選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘、限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正都可以減小摩擦阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的誤差，A、B正確；動(dòng)能與重力勢(shì)能表達(dá)式中都含有質(zhì)量m，可以約去，故不需要測(cè)量出質(zhì)量m的具體數(shù)值，C錯(cuò)誤；重物下落之前應(yīng)該用手拉住紙帶上端而不是用手托住重物，D錯(cuò)誤。 (2)測(cè)出BC和CD的長(zhǎng)度就可以計(jì)算出打下C點(diǎn)時(shí)的速度vC，再測(cè)出OC的長(zhǎng)度，就可驗(yàn)證mghOC＝mvC2是否成立，所以B正確；測(cè)出BD、EG的長(zhǎng)度可計(jì)算出打下C、F兩點(diǎn)時(shí)的速度vC和vF，再測(cè)出CF的長(zhǎng)度，就可驗(yàn)證mghCF＝mvF2－mvC2是否成立，所以C正確。 答案：(1)AB　(2)BC 考法二　數(shù)據(jù)處理和誤差分析 3．(2016全國(guó)卷Ⅰ)某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz。打出紙帶的一部分如圖(b)所示。 該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推算。 (1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出：在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為_(kāi)_______，打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為_(kāi)_______，重物下落的加速度大小為_(kāi)_______。 (2)已測(cè)得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為_(kāi)_______Hz。 解析：(1)重物勻加速下落時(shí)，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得vB＝＝f(s1＋s2)，vC＝＝f(s2＋s3)，由s3－s1＝2aT2，得a＝f2(s3－s1)。 (2)根據(jù)牛頓第二定律，有mg－kmg＝ma，根據(jù)(1)中各式，化簡(jiǎn)得f＝，代入數(shù)據(jù)可得f≈40 Hz。 答案：(1)f(s1＋s2)　f(s2＋s3)　f2(s3－s1) (2)40 4．如圖甲所示是用“落體法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置(g取9.80 m/s2)。 (1)選出一條清晰的紙帶如圖乙所示，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50 Hz的交變電流。用分度值為1 mm的刻度尺測(cè)得OA＝12.41 cm，OB＝18.90 cm，OC＝27.06 cm，在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B、B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重錘的質(zhì)量為1.00 kg。根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開(kāi)始下落時(shí)減少了________J；此時(shí)重錘的速度vB＝________m/s，此時(shí)重錘的動(dòng)能比開(kāi)始下落時(shí)增加了________J(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)。 (2)利用實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶，測(cè)量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距離h，算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v，然后以h為橫軸、以v2為縱軸作出如圖丙所示的圖線，圖線的斜率近似等于________。 A．19.6　　　　　 　B．9.80　　　　　　C．4.90 圖線未過(guò)原點(diǎn)O的原因是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減小了ΔEp＝mgOB＝1.009.8018.9010－2 J≈1.85 J；打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度vB＝＝ m/s≈1.83 m/s，此時(shí)重錘的動(dòng)能增加了ΔEk＝mvB2＝1.001.832 J≈1.67 J。 (2)由機(jī)械守恒定律有mv2＝mgh，可得v2＝gh，由此可知題圖丙圖線的斜率近似等于重力加速度g，故B正確。由圖線可知，h＝0時(shí)，重錘的速度不等于零，原因是做實(shí)驗(yàn)時(shí)先釋放了紙帶，再接通了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源。 答案：(1)1.85　1.83　1.67　(2)B　先釋放了紙帶，再接通了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 5．某同學(xué)用如圖甲所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，所用交流電源的頻率為50 Hz，得到如圖乙所示的紙帶。選取紙帶上打出的連續(xù)五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出點(diǎn)A距起點(diǎn)O的距離為s0＝19.00 cm，點(diǎn)A、C間的距離為s1＝8.36 cm，點(diǎn)C、E間的距離為s2＝9.88 cm，g取9.8 m/s2，測(cè)得重物的質(zhì)量為m＝1 kg。 (1)下列做法正確的有________。 A．圖甲中兩限位孔必須在同一豎直線上 B．實(shí)驗(yàn)前，手應(yīng)提住紙帶上端，使紙帶豎直 C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先釋放紙帶，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 D．?dāng)?shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)選擇紙帶上距離較近的兩點(diǎn)作為初、末位置 (2)選取O、C兩點(diǎn)為初、末位置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，重物減少的重力勢(shì)能是________J，打下C點(diǎn)時(shí)重物的速度大小是________m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 (3)重物減少的重力勢(shì)能總是略大于增加的動(dòng)能，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是　　　　　　　　 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(寫出一條即可)。 解析：(1)題圖甲中兩限位孔必須在同一豎直線上，實(shí)驗(yàn)前手應(yīng)提住紙帶上端，并使紙帶豎直，這是為了減小打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶之間的摩擦，選項(xiàng)A、B正確；實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源再釋放紙帶，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；數(shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)選擇紙帶上距離較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)作為初、末位置，以減小長(zhǎng)度的測(cè)量誤差，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 (2)重物減少的重力勢(shì)能為ΔEp＝mg(s0＋s1)≈2.68 J，由于重物下落時(shí)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)任意時(shí)間段中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度可知，打下C點(diǎn)時(shí)重物的速度為vC＝＝2.28 m/s。 (3)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦阻力、空氣阻力的存在，實(shí)驗(yàn)中需要克服阻力做功，所以損失了部分機(jī)械能，因此實(shí)驗(yàn)中重物減少的重力勢(shì)能總是略大于增加的動(dòng)能。 答案：(1)AB　(2)2.68　2.28　(3)重物受到空氣阻力(或紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間存在阻力) 有些同學(xué)在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，利用公式v＝計(jì)算重物速度，結(jié)果完全沒(méi)有實(shí)驗(yàn)誤差，甚至利用公式v＝gt計(jì)算重物速度，導(dǎo)致動(dòng)能的增加量比重力勢(shì)能的減少量還要大，以上兩種錯(cuò)誤都是因?yàn)椴焕斫鈱?shí)驗(yàn)原理，生搬硬套公式造成的。 [例1]　如圖甲是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置。小圓柱由一根不可伸長(zhǎng)的輕繩拴住，輕繩另一端固定。將輕繩拉至水平后由靜止釋放。在最低點(diǎn)附近放置一組光電門，測(cè)出小圓柱運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的擋光時(shí)間Δt，再用游標(biāo)卡尺測(cè)出小圓柱的直徑d，如圖乙所示，重力加速度為g。則： (1)小圓柱的直徑d＝________cm。 (2)測(cè)出懸點(diǎn)到小圓柱重心的距離l，若等式gl＝________成立，說(shuō)明小圓柱下擺過(guò)程機(jī)械能守恒。 (3)若在懸點(diǎn)O安裝一個(gè)拉力傳感器，測(cè)出輕繩上的拉力F，則要驗(yàn)證小圓柱在最低點(diǎn)的向心力公式還需要測(cè)量的物理量是__________________(用文字和字母表示)，若等式F＝______________成立，則可驗(yàn)證向心力公式Fn＝m。 [三步化“新”為“熟”] 1．分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證機(jī)械能守恒定律同時(shí)驗(yàn)證向心力公式。 2．確定實(shí)驗(yàn)原理：小圓柱向下擺動(dòng)減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，二者相等即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒；小圓柱做圓周運(yùn)動(dòng)，最低點(diǎn)處合外力提供向心力。 3．制定數(shù)據(jù)處理方案：利用光電門測(cè)出小圓柱的速度v＝，計(jì)算小圓柱減少的重力勢(shì)能及其獲得的動(dòng)能，進(jìn)行比較即可；用拉力傳感器測(cè)出繩拉力F后，可得合力為F－mg，代入牛頓第二定律公式進(jìn)行驗(yàn)證。 [解析]　(1)小圓柱的直徑d＝10 mm＋20.1 mm＝10.2 mm＝1.02 cm。 (2)根據(jù)機(jī)械能守恒定律得mgl＝mv2，所以只需驗(yàn)證gl＝v2＝2，就說(shuō)明小圓柱下擺過(guò)程中機(jī)械能守恒。 (3)小圓柱在最低點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律得F－mg＝m，若等式F＝mg＋m成立，則可驗(yàn)證向心力公式，可知需要測(cè)量小圓柱的質(zhì)量m。 [答案]　(1)1.02　(2)2　(3)小圓柱的質(zhì)量m mg＋m [例2]　某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個(gè)光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器A、B會(huì)輸出高電壓，兩光電傳感器A、B采集數(shù)據(jù)后傳輸給計(jì)算機(jī)?；瑝KP在細(xì)線的牽引下向左做加速運(yùn)動(dòng)，遮光條經(jīng)過(guò)兩光電傳感器A、B時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)可以得到如圖乙所示的電壓U隨時(shí)間t變化的圖像。 (1)實(shí)驗(yàn)前，接通氣源，將滑塊P(不掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊P，當(dāng)圖乙中的Δt1________(選填“＞”“＝”或“＜”)Δt2時(shí)，說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平。 (2)用游標(biāo)卡尺測(cè)遮光條寬度d，測(cè)量結(jié)果如圖丙所示，則d＝________mm。 (3)滑塊P用細(xì)線跨過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與鉤碼Q相連，鉤碼Q的質(zhì)量為m。將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過(guò)計(jì)算機(jī)得到的圖像如圖乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要驗(yàn)證滑塊P和鉤碼Q組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，還應(yīng)測(cè)出________________________(寫出物理量的名稱及符號(hào))。 (4)若滿足關(guān)系式________________________________，則表明在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，滑塊P和鉤碼Q組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。 [三步化“新”為“熟”] 1．分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證機(jī)械能守恒定律。 2．確定實(shí)驗(yàn)原理：滑塊P在重物Q拖拽下加速運(yùn)動(dòng)，Q減小的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為P、Q兩者的動(dòng)能。 3．制定數(shù)據(jù)處理方案：測(cè)出滑塊P先后通過(guò)A、B光電傳感器的速度，由此計(jì)算P、Q兩者增加的動(dòng)能，并把它跟Q在該過(guò)程減少的重力勢(shì)能進(jìn)行比較，A、B之間的距離就是Q相應(yīng)下降的高度。 [解析]　(1)實(shí)驗(yàn)前，接通氣源，將滑塊P(不掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊P，當(dāng)題圖乙中的Δt1＝Δt2時(shí)，可知滑塊P已經(jīng)勻速運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平。 (2)遮光條的寬度d＝5 mm＋00.1 mm＝5.0 mm。 (3)滑塊P經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電傳感器A、B的速度分別為和，鉤碼Q重力勢(shì)能的減少量為mgL，故要驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒的關(guān)系式是mgL＝(m＋M)2－(m＋M)2，故還應(yīng)測(cè)出滑塊P質(zhì)量M和兩光電傳感器A、B間距離L。 (4)若滿足關(guān)系式mgL＝(m＋M)2－(m＋M)2，則表明在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，滑塊P和鉤碼Q組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。 [答案]　(1)＝　(2)5.0　(3)滑塊P質(zhì)量M和兩光電傳感器A、B間距離L　(4)mgL＝(m＋M)2－(m＋M)2 [創(chuàng)新角度歸納] 實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新 (1)利用機(jī)械能守恒定律求解彈簧彈性勢(shì)能 (2)由平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)量球的初速度 (3)利用平拋位移s－彈簧壓縮量Δx圖線處理數(shù)據(jù) (1)利用鋼球擺動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 (2)利用光電門測(cè)定擺球的瞬時(shí)速度 實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新 (1)小球在重力作用下做豎直上拋運(yùn)動(dòng) (2)利用頻閃照片獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新 (1)用光電門測(cè)定小球下落到B點(diǎn)的速度 (2)結(jié)合H圖像判斷小球下落過(guò)程中機(jī)械能守恒 (3)分析實(shí)驗(yàn)誤差ΔEp－ΔEk隨H變化的規(guī)律 (1)利用系統(tǒng)機(jī)械能守恒代替單個(gè)物體的機(jī)械能守恒 (2)利用光電門測(cè)定滑塊的瞬時(shí)速度