[热点新题]教新课标版高一必修2 7.9实验：验证机械能守恒定律
文档属性
| 名称 | [热点新题]教新课标版高一必修2 7.9实验：验证机械能守恒定律 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 35.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2012-05-06 21:19:55 | ||
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文档简介
[热点新题]教新课标版高一必修2 7.9实验：验证机械能守恒定律
掌握考点：
验证机械能守恒定律是一个高频考点，对于此实验的实验原理、仪器的选择、数据处理以及误差分析都时有考查。
热点新题1
(2011金华高一期末）如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：
(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________．(填入正确选项前的字母)
A．米尺
B．秒表
C．0～12 V的直流电源
D．0～12 V的交流电源
(2)实验中误差产生的原因有________．(写出两个原因)
解析：(1)用A项米尺测量长度，用D项交流电源供打点计时器使用．(2)纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时选取的始末两点距离过近；交流电频率不稳定．
答案：(1)A、D (2)纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取的两点距离过近；交流电频率不稳定．(选取两个原因即可)
知识储备：
系统误差来源：实验过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于势能的减少量ΔEp.再者，交流电的频率f不是50 Hz也会带来系统误差．若f＞50 Hz，由于速度值仍按频率为50 Hz计算，频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使Ek＜Ep的误差进一步加大；根据同样的道理，若f＜50 Hz，则可能出现Ek＞Ep的结果．
热点新题2
（2012日照高三第一次模拟）某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带一部分损坏，损坏的是前端部分．剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图7－9－4中，单位是cm.已知打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.
(1)重物在2点的速度v2＝________，在5点的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________.
(2)比较得ΔEk________ΔEp(填“大于”“等于”“小于”)，原因是__________________．由以上可得出实验结论____________________．
(3)根据实验判断下列图象正确的是(其中ΔEk表示物体动能的变化，Δh表示物体下落的高度)( )
思路点拨：求某一点的速度时应根据中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，可求出在打第2个点和打第5个点时重物的瞬时速度．在运动过程中，存在空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力，因此物体在下落过程中减少的重力势能并不等于增加的动能．
解析：(1)根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度v2＝ m/s＝1.50 m/s和重物在5点的速度v5＝m/s＝2.075 m/s所以动能增加量为ΔEk＝mv－mv＝1.03m J，我们选5点为重力势能参考点，则重力势能减少量为
ΔEp＝mgh25＝m×9.8×(3.2＋3.6＋4.0)×10－2 J＝1.06m J.
(2)显然ΔEk<ΔEp，原因是实验中重锤要克服阻力做功．由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒．
(3)物体机械能守恒，应有物体减少的重力势能转化为增加的动能，即ΔEk＝mgΔh，可见物体增加的动能与下落的距离成正比，选项C正确．
答案： (1)1.50 m/s 2.075 m/s 1.03m J 1.06m J
(2)小于 实验中重锤要克服阻力做功 在误差允许的范围内，机械能守恒 (3)C
易误警示： 解答该题时千万不可认为既然机械能是守恒的，就直接将动能的增加量等于重力势能的减少量．因为该题是要求通过实验验证机械能守恒定律的，是否守恒要通过实验数据的计算来说明．
知识储备：
一、纸带上某点速度的求法
要确定物体的动能，需测出物体下落一定高度时的速度．根据已学过的知识，可有三种方法：
1．vn＝；
2．vn＝gtn；
3．vn＝.
其中，第1种方法是根据机械能守恒定律mgh＝mv2得到的，而我们的目的是验证机械能守恒定律，显然不能用．
第2种方法认为加速度为g，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际下落加速度必将小于g，而下落高度h是直接测量的，这样将得到机械能增加的结论，故这种方法也不能用．
总之，本实验中速度看似有很多方法求得，但正确的只有一种，即根据纸带利用第3种方法求出物体实际下落的速度，而不能用理论值计算，同样的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺直接测量，而不能用h＝gt2或h＝计算得到．
二、纸带的选取及验证方法
1．验证方法
法一：用mv2＝mgh验证：这是以纸带上第一点(起始点)为基准验证机械能守恒定律的方法．由于第一点应是重物做自由落体运动开始下落的点，所以应选取点迹清晰且第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带．
法二：用mv－mv＝mgΔh验证：这是回避起始点，在纸带上选择后面的某两点验证机械能守恒定律的方法．
2．纸带的选取
(1)利用方法一进行验证，即验证gh＝v2时，应注意纸带的挑选：
①选用纸带时应尽量挑点迹清晰，且第一、第二个点间的距离接近2 mm的纸带．
②实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点．
③测量高度h时，应从起始点算起．为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在60 cm～80 cm.
(2)实际上，在操作时很难控制纸带上所打的头两个点的间距为2 mm，因此只要保证操作正确，完全不必从起始点算起，在纸带上任选几个点，然后利用方法二，即验证gΔh＝(v－v)．
掌握考点：
验证机械能守恒定律是一个高频考点，对于此实验的实验原理、仪器的选择、数据处理以及误差分析都时有考查。
热点新题1
(2011金华高一期末）如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：
(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________．(填入正确选项前的字母)
A．米尺
B．秒表
C．0～12 V的直流电源
D．0～12 V的交流电源
(2)实验中误差产生的原因有________．(写出两个原因)
解析：(1)用A项米尺测量长度，用D项交流电源供打点计时器使用．(2)纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时选取的始末两点距离过近；交流电频率不稳定．
答案：(1)A、D (2)纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取的两点距离过近；交流电频率不稳定．(选取两个原因即可)
知识储备：
系统误差来源：实验过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于势能的减少量ΔEp.再者，交流电的频率f不是50 Hz也会带来系统误差．若f＞50 Hz，由于速度值仍按频率为50 Hz计算，频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使Ek＜Ep的误差进一步加大；根据同样的道理，若f＜50 Hz，则可能出现Ek＞Ep的结果．
热点新题2
（2012日照高三第一次模拟）某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带一部分损坏，损坏的是前端部分．剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图7－9－4中，单位是cm.已知打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.
(1)重物在2点的速度v2＝________，在5点的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________.
(2)比较得ΔEk________ΔEp(填“大于”“等于”“小于”)，原因是__________________．由以上可得出实验结论____________________．
(3)根据实验判断下列图象正确的是(其中ΔEk表示物体动能的变化，Δh表示物体下落的高度)( )
思路点拨：求某一点的速度时应根据中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，可求出在打第2个点和打第5个点时重物的瞬时速度．在运动过程中，存在空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力，因此物体在下落过程中减少的重力势能并不等于增加的动能．
解析：(1)根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度v2＝ m/s＝1.50 m/s和重物在5点的速度v5＝m/s＝2.075 m/s所以动能增加量为ΔEk＝mv－mv＝1.03m J，我们选5点为重力势能参考点，则重力势能减少量为
ΔEp＝mgh25＝m×9.8×(3.2＋3.6＋4.0)×10－2 J＝1.06m J.
(2)显然ΔEk<ΔEp，原因是实验中重锤要克服阻力做功．由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒．
(3)物体机械能守恒，应有物体减少的重力势能转化为增加的动能，即ΔEk＝mgΔh，可见物体增加的动能与下落的距离成正比，选项C正确．
答案： (1)1.50 m/s 2.075 m/s 1.03m J 1.06m J
(2)小于 实验中重锤要克服阻力做功 在误差允许的范围内，机械能守恒 (3)C
易误警示： 解答该题时千万不可认为既然机械能是守恒的，就直接将动能的增加量等于重力势能的减少量．因为该题是要求通过实验验证机械能守恒定律的，是否守恒要通过实验数据的计算来说明．
知识储备：
一、纸带上某点速度的求法
要确定物体的动能，需测出物体下落一定高度时的速度．根据已学过的知识，可有三种方法：
1．vn＝；
2．vn＝gtn；
3．vn＝.
其中，第1种方法是根据机械能守恒定律mgh＝mv2得到的，而我们的目的是验证机械能守恒定律，显然不能用．
第2种方法认为加速度为g，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际下落加速度必将小于g，而下落高度h是直接测量的，这样将得到机械能增加的结论，故这种方法也不能用．
总之，本实验中速度看似有很多方法求得，但正确的只有一种，即根据纸带利用第3种方法求出物体实际下落的速度，而不能用理论值计算，同样的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺直接测量，而不能用h＝gt2或h＝计算得到．
二、纸带的选取及验证方法
1．验证方法
法一：用mv2＝mgh验证：这是以纸带上第一点(起始点)为基准验证机械能守恒定律的方法．由于第一点应是重物做自由落体运动开始下落的点，所以应选取点迹清晰且第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带．
法二：用mv－mv＝mgΔh验证：这是回避起始点，在纸带上选择后面的某两点验证机械能守恒定律的方法．
2．纸带的选取
(1)利用方法一进行验证，即验证gh＝v2时，应注意纸带的挑选：
①选用纸带时应尽量挑点迹清晰，且第一、第二个点间的距离接近2 mm的纸带．
②实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点．
③测量高度h时，应从起始点算起．为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在60 cm～80 cm.
(2)实际上，在操作时很难控制纸带上所打的头两个点的间距为2 mm，因此只要保证操作正确，完全不必从起始点算起，在纸带上任选几个点，然后利用方法二，即验证gΔh＝(v－v)．