江苏省淮安中学II部高二物理学业水平测试必修总复习-验证机械能守恒定律实验、能量守恒、能源

学业水平测试物理必修总复习
——验证机械能守恒定律实验、能量守恒、能源
编制人： 审核人：高二物理备课组
一、考点知识归纳
【知识要点1】：验证机械能守恒定律的实验（A）
（一）实验原理：用研究物体自由下落的运动来验证机械能守恒定律的实验原理是：忽略空气阻力，自由下落的物体在运动过程中机械能守恒，即动能的增加等于重力势能的减少。具体地说：
① 若以重物下落的起始点O为基准， ，
② 若以重物下落过程中的某一点A为基准， ，
关键是：如何选择合格的纸带及如何计算出各点的瞬时速度：
（二）实验器材： 。
（三）注意事项：
1、安装打点计时器时，应使纸带、限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力
2、先接通电源让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重锤下落
3、选取纸带时，本着点迹清晰、所打点成一条直线，第一、二点间距离接近2mm的原则
4、测下落高度时，应从起点O算起，为减小h的测量误差，选取的各计数点适当离起点O远些。纸带不宜过长，约40cm即可
5、重锤选择：质量大，体积小（在新教材中还要求测出重锤的质量）
（四）误差分析：
1、重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是摩擦阻力和空气阻力）做功，使得动能的增加量小于重力势能的减小量
2、长度的测量造成的偶然误差
3、所选纸带是否符合要求，也会造成误差
【知识要点2】：能量守恒定律（A）
内容： 。
理解：能量守恒定律是自然界最可靠、最重要、最普遍的定律之一，它适应于自然界中的一切运动和一切现象之中。
【知识要点3】：能源、能量转化和转移的方向性（A）
能量耗散： 。
能量耗散说明了 方向性。
二、例题讲解
例1 某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤：
A. 用天平称出重物的质量； B. 把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提升到一定高度； C. 拆掉导线，整理仪器； D. 断开电源，调整纸带，重做两次； E. 用秒表测出重物下落的时间； F. 用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论； G. 把打点计时器接到低压交流电源上； H. 接通电源，释放纸带； I. 把打点计时器接到低压直流电源上； J. 把打点计时器固定到桌边的铁架台上。
上述实验步骤中错误的是 ，可有可无的是 ，其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是 。（均只需填步骤的代号）
例2 在“验证机械能守恒定律”的实验中，选出一条纸带如图5—61所示，其中O点为起始点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以50Hz交变电流，用毫米刻度尺测得OA=11.13cm, OB=17.69cm, OC=25.9cm。
(1) 这三个数据中，不符合有效数字要求的是 ，应该写成 cm。
(2) 在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点，重物的质量为m=1.0kg。根据以上数据可知，当打点计时器打到B点时，重物的重力势能比开始下落时减少了 J；这时它的动能为 J。（g取9.80m/s2 ，取三位有效数字）
例3 在验证机械能守恒定律时，如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的 图象应是什么形状才能验证机械能守恒定律，图线的斜率表示什么？
例4某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，不慎将选好纸带的前面一部分破坏了，剩下的一段纸带上各相邻点3间的距离已测出标在图5—65上。已知打点计时器的工作频率为50Hz，重力加速度g取9.80m/s2，利用这段纸带能否验证机械能守恒定律？如何验证？
三、针对训练
1. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，除天平、铁架台、夹子、纸带和重物外，还需要
A. 秒表 B. 刻度尺 C. 学生电源 D. 打点计时器 （ ）
2. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，对于自由下落的重物，下列选择条件中可取的是
A. 选用重物时，重的比轻的好 （ ）
B. 选用重物时，体积小的比大的好
C. 重物所受重力应与它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力平衡
D. 重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力
3. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列叙述正确的是 （ ）
A. 安装打点计时器时，两纸带限位孔应在同一竖直线上
B. 实验时，在松开纸带让重物下落的同时，应立即接通电源
C. 若纸带上开头打出的几点模糊不清，也可设法用后面清晰的点进行验证
D. 测量重物下落高度必须从起始点算起
4. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样会导致实验结果 （ ）
A.mgh>mv2/2 B. mgh5.利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中，下列叙述正确的是 （ ）
A.应该用秒表测量物体运动的时间 B. 打点计时器应接在电压为4～6 V的直流电源上
C.操作时应先放纸带再通电 D. 应选用点迹清晰、特别是第一点没有拉成长条的纸带
6.在利用重锤自由落下，验证机械能守恒定律的实验中，产生误差的主要原因是（ ）
A.重锤下落的实际高度大于测量值 B.重锤下落的实际高度小于测量值
C.重锤实际末速度v大于gt(t为下落时间) D.重锤实际末速度v小于gt
7.用落体法验证机械能守恒定律，关于实验误差的下列说法正确的是（ ）
A.重锤质量称量不准会造成较大误差 B.重锤质量选用大些有利于减少误差
C.重锤质量小些有利于减小误差D.释放纸带与接通电源开始打点不同步，会造成较大误差
8、如图是“验证机械能守恒定律”实验中得到的一条较理想的纸带，O点是打上去的第1个点，有关长度在图中已标明.选取N点验证机械能守恒定律，下面列举的计算打N点时重锤速度的计算方法正确的是 （ ）
①N点是第n个点，则vn=gnT
②N点是第n个点，则vn=g(n-1)T
③vn=④vn=
A.①③ B.②③ C.③④ D.②③④
9、关于能量守恒认识正确的是
A、某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加
B、某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加
C、随着科技的提高，永动机是可能制成的
D、物体在水平面上减速运动，停下后物体的机械能消失
10、物体匀加速上升，则上升过程中，物体的机械能（ ）
A、增加 B、减小 C、不变 D、无法确定
11、在相对封闭的房间内，打开正在工作的电冰箱的门，经过较长的一段时间，房间内的温度（ ）
A、升高 B、降低 C、不变 D、无法确定
12.为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器以及复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、电键，其中不必要的器材是_______；缺少的器材是___________________.
13、在“验证机械能守恒定律”的实验中：
现有器材是：打点计时器、低压电源、纸带、带夹子的重物、秒表、刻度尺、天平、导线、铁架台。其中该实验不需要的器材是______。
实验时，松开纸带与闭合电源开关的合理顺序是______。
实验中，如以要从几条打上点的纸带中挑选第1、2两点间的距离接近 _____mm并且点迹清晰的纸带进行测量。
某学生在实验中器材安装正确，操作规范，所用交流电的频率为50Hz，但验证结果是重物增加的动能稍小于它减少的重力势能，其主要原因是 。
14、用打点计时器和重物在自由下落的情况下验证机械能守恒定律的实验中，电源频率为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4，则
（1）在图5—64两条纸带中应选取的纸带是________，因为______________。
（2）如从起点0到第3点之间来验证，必须测量和计算出的物理量为________，验证的表达式为______________。
15.如图是“验证机械能守恒定律”实验中打下的某一纸带示意图，其中O为起始点，A、B、C为某三个连续点.已知打点时间间隔T=0.02 s，用最小刻度为1mm的刻度尺量得OA=15.55 cm，OB=19.2 cm，OC=23.23 cm.
（1）假定上述数据并没有看错，则它们中不符合数据记录要求的是__________段，正确的记录应是__________ cm.
（2）根据上述数据，当纸带打B点时，重锤（其质量为m）重力势能比开始下落位置时的重力势能减少了__________ J.这时它的动能是__________ J.
（3）通过计算表明数值上ΔEp_____ΔEk（填“大于”“小于”或“等于”），这是因
为_________________________.实验的结论是： .
物体在光滑水平面上运动，动能为20J，然后物体碰到一根一端固定在墙上的轻弹簧并挤压弹簧，当弹簧压缩到最短时，弹簧弹性势能为 ，在整个挤压过程中，物体克服弹力做功为 ，然后物体被弹簧弹回，在弹回过程中，弹力做功为 ，物体离开弹簧后动能为 。
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图5－61
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