高三物理一轮复习专题实验6 验证机械能守恒定律(含解析).pdf

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先遇到的关键之一,就是研究对象的选取问题。其方法有两种:一是隔离法,二是整体法。(体)法(1)含义:所谓隔离(体)法就是将所研究的对象——包括物体、状态和某些过程,从系统或全过程中隔离出来进行研究的方法。(2)运用隔离法解题的基本步骤:①明确研究对象或过程、状态,选择隔离对象。选择原则是:一要包含待求量,二是所选隔离对象和所列方程数尽可能少。②将研究对象从系统中隔离出来;或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔离出来.③对隔离出的研究对象、过程、状态分析研究,画出某状态下的受力图或某阶段的运动过程示意图。④寻找未知量与已知量之间的关系,(1)含义:所谓整体法就是将两个或两个以上物体组成的整个系统或整个过程作为研究对象进行分析研究的方法。(2)运用整体法解题的基本步骤:①明确研究的系统或运动的全过程。②画出系统的受力图和运动全过程的示意图。③寻找未知量与已知量之间的关系,选择适当的物理规律列方:..学必求其心得,业必贵于专精程求解。隔离法与整体法,不是相互对立的,一般问题的求解中,随着研究对象的转化,往往两种方法交叉运用,相辅相成。所以,两种方法的取舍,并无绝对的界限,必须具体分析,(即中间未知量的出现,如非待求的力,非待求的中间状态或过程等)的出现为原则。【例题2】(2012·福建理综)如图,表面光滑的固定斜面顶端安装一定滑轮,小物块A、B用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦)。初始时刻,A、B处于同一高度并恰好处于静止状态。剪断轻绳后A下落、B沿斜面下滑,则从剪断轻绳到物块着地,两物块():四、功能关系与弹簧结合考查弹性势能虽是Ⅰ级要求,但对它的复****不可以掉以轻心,因近年来的高考题中不少难题都与弹性势能有关,弹性势能往往以隐含条件出现,作为沟通物理过程的桥梁。如2012年四川理综的第21、24题;广东卷第34题(2)、36题。弹簧类命题突破要点是:。当题目中出现弹簧时,要注意弹力的大小与方向时刻要与当时的形变相对应。在题目中一般应从弹簧的形变分析入手,先确定弹簧原长位置、现长位置,找出形变量x与物体空间位置变化的几何关系,分析形变:..学必求其心得,业必贵于专精所对应的弹力大小、方向,以此来分析计算物体运动状态的可能变化。(尤其是软质弹簧)其形变发生改变过程需要一段时间,,在分析瞬时变化时,可以认为弹力大小不变,即弹簧的弹力不突变。,因该变力为线性变化,可以先求平均力,再用功的定义进行计算,也可据动能定理和功能关系:能量转化和守恒定律求解。同时要注意弹力做功的特点:W=-(kx-k错误!错误!kx),弹力的功等于弹性势能增量的负值。弹性势能的公式错误!错误!E=kx2,高考不作定量要求,,在求弹力的功或p错误!弹性势能的改变时,一般以能量的转化与守恒的角度来求解。【例题3】(2012·江苏单科)某缓冲装置的理想模型如图所示,劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连,轻杆可在固定的槽内移动,与槽间的滑动摩擦力恒为F。轻杆向右移动不超过l时,装f置可安全工作。一质量为m的小车若以速度v撞击弹簧,将导致轻0l杆向右移动。轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且不计4小车与地面的摩擦.(1)若弹簧的劲度系数为k,求轻杆开始移动时,弹簧的压缩量x;(2)求为使装置安全工作,允许该小车撞击的最大速度v;m(3)讨论在装置安全工作时,该小车弹回速度v′和撞击速度v的关系。解题要点:方法点拨(1)轻杆开始移动时,轻杆水平方向受力平衡。(2)小车以速度v0:..学必求其心得,业必贵于专精撞击弹簧,将导致轻杆向右移动l/4,与小车以最大速度撞击弹簧过程中克服弹簧弹力做功相等,对小车弹簧和轻杆作为一个系统利用动能定理列方程解决。(3)轻杆不移动时,系统无机械能损失,小车弹回速度与撞击速度大小相等;轻杆移动时弹簧弹性势能最终全部转化为小车的动能,利用动能定理可解决。:..学必求其心得,业必贵于专精参考答案考向探究突破【题例1】答案:(1)D(2)纸带和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解析:(1)本实验需测量长度,但不需要计时,选项A、B错误;打点计时器需要用交流电源,选项C错误而D正确。(2)摩擦和长度测量读数问题是产生误差的主要原因。h2(M?m)g【题例2】答案:(1)(M-mg)s(M+m)d错误!错误!错误!(M?m)b2(2)作图见解析2。36(2。32~2。40均正确)解析:(1)滑块的重力势能减小Mg·s·,砝码的重力势能增错误!h加mg·s,故系统的重力势能的减小量为Mg·s·-mg·s=(Md错误!b1-m)gs。滑块通过B点时的瞬时速度v=,系统动能的增加量为t2(M+m)v2=(M+m)。若在运动过程中机械能守恒,则有错误!错误!h2(M?m)g(M-m)gs=(M+m),则=ds。错误!错误!错误!错误!(M?m)b2(2)=2。36×104m-1·s-2。【题例3】答案:(1)(2)。588(3)9。70:..学必求其心得,业必贵于专精解析:(1)T=5×=,打下计数点5时的速度v==m/s=2。40m/s。5错误!错误!(2)在打点0~5过程中系统动能的增量ΔE=(m+m)vk错误!12=0。576J;系统势能的减少量ΔE=(m-m)gh=×9。8×(0。错误!p213840+)J=0。588J。1(3)由机械能守恒定律得,(m-m)gh=(m+m)v2,整理21212得,=h,即图象斜率的2倍等于重力加速度g,由作出的错误!错误!错误!h图象,可求得当地的实际重力加速度g=m/s2=。错误!:重物质量大,能减小实验误差,选项A错误;本实验不用测出重物质量,选项B错误;空气阻力和打点计时器对纸带有阻力的作用,加速度小于重力加速度,选项C正确;实验操作不仔细和测量数据不准确有可能造成重力势能的减少量小于动能的增加量,但本实验没有出现,:(1)乙(2)9。50。06(3)能解析:(1)重物下落过程中做自由落体运动,可以用A、C两点间的平均速度表示B点的瞬时速度,所以乙同学的方法正确。(2)a=(s-s)/T2=;F=m(g-a)=×(-)N=0。06N。(3)能;根据纸带可求出纸带上任意两点的瞬时速度v和v,12不妨设v>v;利用刻度尺可直接测出这两点间的间距,设为l,那么12只要验证“mv=mgl+mv”即“v=gl+v错误!错误!错误!错误!错误!错误!错误!”成立,就可实现验证机械能守恒定律的目的。错误!:(1)接通气源,将滑块静置于气垫导轨上,若滑块基本保持静止,则说明导轨是水平的(或轻推滑块,滑块能基本做匀速直线运动)(2):..学必求其心得,业必贵于专精1距离s滑块的质量M(3)mgs(m+M)22错误!解析:(1)接通气源,将滑块静置于气垫导轨上,若滑块基本保持静止,则说明导轨是水平的(或轻推滑块,滑块能基本做匀速直线运动)。(2)d=5mm+2×=5。2mm=0。52cm;滑块经过光电门时的瞬时速度为v=d/Δt=;根据机械能守恒定律,应该满足“mgs=(m+M)2”,所以本次实验中还需要测量的物理错误!错误!量有:钩码的质量m、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s和滑块的质量M。(3)通过比较mgs和(m+M)2在实验误差允许的范围内相错误!错误!等,从而验证了系统的机械能守恒。:(1)①②或①③(2)①③(3)例如:“对同一高度进行多次测量取平均值";“选取受力后相对伸长量尽量小的绳";“绳和滑轮尽量光滑”等等。解析:(1)通过连接在一起的A、B两物块验证机械能守恒定律,即验证系统的势能变化与动能变化是否相等,A、B连接在一起,A下降的距离一定等于B上升的距离;A、B的速度大小总是相等的,故②③只测其中的一个即可,不需要测量绳子的长度.(2)如果绳子质量不能忽略,则A、B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能,从而为验证机械能守恒定律带来误差;若物块摇摆,则两物块的速度有差别,为计算系统的动能带来误差;两个物块质量差较大时,摩擦阻力对实验测量所带来的误差影响就会越小,故无需减小两物块的质量差。:(1)等于(2)(~)(3)滑块质量M两光电门间距离L1(4)mgL=(M+m)2-(M+m)22错误!错误!错误!:..学必求其心得,业必贵于专精解析:(1)Δt=Δt时,说明滑块做匀速直线运动,滑块已经平衡12了摩擦力.(2)螺旋测微器的读数即遮光条宽度d=8mm+×0。01mm=。(3)滑块经过两光电传感器A、B时的速度大小分别为v=和1错误!v=,在滑块经过传感器A、B的过程中,若滑块和砝码组成的系2错误!统机械能守恒,则应满足关系式mgL=(m+M)()2-(m+M)()2,可见,要验证错误!错误!错误!错误!滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒,还应测出滑块质量M,两光电门间距离L.(4)根据第(3)问分析可知,若上述物理量间满足关系式mgL=错误!(m+M)()2-(m+M)()2,则表明滑块和砝码组成的系错误!错误!错误!【例题1】B解析:细绳被提升的质量为2m,克服重力做L功W=mg·=mg,因L>L,若h=h,则Wh则可能有W>W或W〈W。ABABABABAB跟踪训练1。BC解析:在B处由牛顿第二定律得:N-G=m,F=G+m,可见F>G,由机械能守恒定律得:mgh=错误!N错误!N错误!mv2,解得v=,h越大,滑块到达B点的速度v越大,N越大,错误!选项B、C正确。【例题2】D解析:剪断轻绳后,对A由机械能守恒得mghA=mv-0,v=,速率变化量Δv=v-0=,对B同理错误!A错误!A错误!AA错误!mgh=mv-0,速率变化量Δv=v-0=,它们相等,选B错误!B错误!BB错误!项A错误;两个物体运动过程中机械能分别守恒,因而机械能的变化量都为零,选项B错误;A、B静止时mg=mgsinθ,则m

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