微学霸高考物理

微学霸高考物理 一、 实验目的 验证机械能守恒定律。 二、实验原理 通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若 二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。 三、实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(附铁夹)、导线两根。 四、实验步骤 (1)根据实验原理图安装仪器。 (2)将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔。 (3)用手提着纸带，让重物靠近打点计时器并处于静止状态，然后接通电源，松开纸带， 让重物自由落下，纸带上打下一系列小点。 12(4)从几条打下点的纸带中挑选出点迹清晰的纸带进行测量，ΔE=mv ，ΔE=mgd，nnkp2d,dn，1n,1v=。 n2T (5)计算对比ΔE与ΔE。 pk 五、数据处理 12mvmgh1(利用起始点和第n点进行计算。将实验数据代入和，在实验误差允许的nn2 12mvmgh条件下，若和相等，则验证了机械能守恒定律。 nn2 1122mvmv,hmgh2(任取两点进行计算。任取两点A、B，测出，算出;算出的BAABAB22 1122mvmv,mgh值;在实验误差允许的条件下，若和相等，则验证了机械能守恒定律。 BAAB22 3(图象法。从纸带上选取多个点，测量从第一个点到其余各点的下落高度h，并计算各 11222vv点的速度的平方v，然后以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出–h的图线。若22在误差允许的范围内图线是过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。 六、误差分析 (1)测量误差:减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值。 12(2)系统误差:由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔE=mv nk2必定稍小于重力势能的减少量ΔE=mgh，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。 np 七、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。 )重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。 (2 (3)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。 d,dn，1n,1(4)测长度，算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用v=，不能用v=或2gdnn2T v=gt来计算。 n 【典例】某同学用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V的频率为50 Hz交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。 (1)他进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图2所示。其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点。根据以上数据，当打点到B点时重锤的速 122222v度 m/s，计算出该对应的=__________m/s，gh= m/s，可认为在误差范围2 2内存在关系式 ，即可验证机械能守恒定律。(g=9.8 m/s) 2v(2)他继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以为纵轴、以h为横轴 2 画出的图象，应是图中的 。 12vgh=【】(1)1.84 1.69 1.74 (2)C 2 【解析】(1)匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可 x1AC22222v以求出B点的速度大小为:v=/s，gh=1.84 m/s，对应的=1.69 m=1.74 m/s，可认为t2AC 12vgh=在误差范围内存在关系式，即可验证机械能守恒定律。 2 2v(2)他继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以为纵轴、以h为横轴 2 12vgh=画出的图象，根据可知，应为过原点的直线，C正确，ABD错误。 2 【点评】解答实验问题的关键是明确实验原理、实验目的,了解具体操作,同时加强应 用物理规律处理实验问题的能力,注意图象斜率的含义。 1(某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象。 (1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt 1 Δt(选填“>”、“=”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平。 2 (2)用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d= mm。 (3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与钩码Q相连，钩码Q的质量为m。将滑 块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若Δt、Δt和d已知，12 要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，还应测出 和 (写出物理量的 名称及符号)。 (4)若上述物理量间满足关系式 ，则明在上述过程中，滑块和砝 码组成的系统机械能守恒。 【答案】 (1)= (2)5.0 (3) 滑块质量M，两光电门间距为L 11dd22()()()()MmMm，,，(4)mgL= 22,,tt21 【解析】(1)滑块匀速运动时，遮光条遮光时间相等，表面气垫导轨已经调水平。(2)游标卡尺读数为5.00 mm。(3)验证滑块和砝码组成系统机械能守恒定律，需测量滑块质 dd量M，两光电门间距为L。(4)滑块通过两光电门时的速度分别为和，系统重力,t,t12势能减少量等于动能增加量，则表明机械能守恒，有关系式 11dd22()()()()MmMm，,，mgL=。 22,,tt21 2(如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示。 (1)实验时，该同学进行了如下操作: 第一步:将质量均为M (A含挡光片、B含挂钩)的重物A、B用绳连接后，跨放在 定滑轮上，处于静止状态，测量出___________(填“A的上表面”、“A的下表面”或“挡 光片中心”)到光电门中心的竖直距离h 第二步:在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统(重物A、B以及物块C)中的 物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为t 第三步:测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律 (2)如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒(已知重力加速度为g)，各物理 量应满足的关系式为________________________________(用题中所给字母表示)。 (3)该实验存在系统误差，产生误差的原因是____________________(写出两条即可)。 (4)验证实验结束后，该同学突发奇想:如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守 恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有 怎样的定量关系,已知重力加速度为g，请你帮该同学写出a与m、M之间的关系式: _________________________________。 2dmghMm,，(2)【答案】(1)挡光片中心 (2) (3)绳子有一定的质量或滑轮22t mg4)与绳子之间有摩擦或重物运动受到空气阻力 ( 2Mm， 【解析】(1)需要测量系统重力势能的变化量，则应该测量出挡光片中心到光电门中心的 d,,Emghv,距离.(2)系统的末速度为:，则系统重力势能的减小量，系统动能的增pt 11d22,，，EMmv==22Mm()，，，，加量为:，若系统机械能守恒，则有:k22t 1d2mghMm,，2()，，。(3)系统机械能守恒的条件是只有重力做功，引起实验误差的原2t 因可能有:绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等。(4) mgmga,根据牛顿第二定律得，系统所受的合力为，则系统加速度为:。 2Mm，