您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 中学教育 > 高中教育 > 20202021年高考物理实验方法守恒法含解析
12020-2021年高考物理实验方法:守恒法高中物理实验中,守恒法应用于验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律及探究动能定理等实验中。机械能守恒定律:只有重力做功,动能与重力势能相互转化,机械能守恒。实验目的:通过研究物体自由下落过程中动能与势能的变化,验证机械能守恒定律。实验装置:实验步骤:(1)按上图安装装置(2)先接通电源,后释放纸带(3)选择打点清晰的纸带(4)数据处理数据处理(1)选取0点(从0点到1点距离约为2cm)(2)选取适当的点P(3)测物体下落的高度h(4)计算P点的速度v(5)验证是否符合221mvmgh即221gvgh注意事项:不需要测物体质量m。2例题和习题1.如图所示,打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验证机械能守恒定律。①对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是______________。A.重物选用质量和密度较大的金属锤B.两限位孔在同一竖直面内上下对正C.精确测量出重物的质量D.用手托稳重物,接通电源后,撒手释放重物②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上,按正确操作得到了一条完整的纸带,由于纸带较长,图中有部分未画出,如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点,其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出,利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有____________。A.OA、AD和EG的长度B.OC、BC和CD的长度C.BD、CF和EG的长度D.AC、BD和EG的长度【答案】B【解析】重物下落高度从纸带上计时点间O、C的距离直接测出,打C点时的速度TCDBCvC2,其中T为相邻两点间的时间间隔,即ssT02.0501。2.某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有20Hz30Hz、和40Hz。打出纸带的一部分如图(b)所示。3该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其它题给条件进行推算。(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图(b)中给出的物理量可以写出:在打点计时器打出B点时,重物下落的速度大小为______________,打出C点时重物下落的速度大小为_____________,重物下落的加速度大小为_____________。(2)已测得1238.89cm9.50cm10.10cmSSS,,,当地重力加速度大小为29.80m/s,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%,由此推算出f为__________Hz。【答案】⑴12()2fSS,23()2fSS,231()2fSS;⑵40【解析】⑴由于重物匀加速下落,ABCD、、、各相邻点之间时间间隔相同,因此B点应是从A运动到C的过程的中间时刻,由匀变速直线运动的推论可得:B点的速度Bv等于AC段的平均速度,即122BSSvt由于1tf,故12()2BfvSS同理可得23()2CfvSS匀加速直线运动的加速度vat故2231231()()2()12CBfSSSSvvfaSStf①4⑵重物下落的过程中,由牛顿第二定律可得:gmF=ma阻②由已知条件0.01gF=m阻③由②③得0.99ga代入①得:231()2faSS,代入数据得40Hzf3.利用图2装置做“验证机械能守恒定律”实验。①为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量A.速度变化量和势能变化量B.速度变化量和高度变化量②除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是。A.交流电源B.刻度尺C.天平(含砝码)③实验中,先接通电源,再释放重物,得到图3所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。[来已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量pE=,动能变化量kE=。5④大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是。A.利用公式vgt计算中午速度B.利用公式2vgh计算重物速度C.存在空气阻力和摩擦力阻力的影响D.没有采用多次试验去平均值的方法⑤某同学想用下述方法研究机械能是否守恒,在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘2vh图像,并做如下判断:若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒,请你分析论证该同学的判断是否正确。【解析】(2)①根据机械能守恒定律可得212mghmv,故需要比較动能变化量,A正确;②电磁打点计时器使用的是交流电源,故A正确;因为在计算重力势能变化量时,需要用到纸带上两点之间的距离,所以还需要刻度尺,故B正确;根据212mghmv可得等式两边的质量抵消,故不需要天平,C错;③重力势能改变量为PBEmgh,由于下落过程中是匀变速直线运动,所以根据中间时刻规律可得B点的速度为2CABhhvT,所以2211()222CAkBhhEmvmT④实验过程中存在空气阻力,纸带运动过程中存在摩擦力,C正确;⑤该同学的判断依据不正确,在重物下落h的过程中,若阻力f恒定,根据22102()2fmghfhmvvghm可知,2vh图像就是过原点的一条直线。要向通过2vh图像的方法验证机械能是否守恒,还必须看图像的斜率是否接近2g4.在“用DIS研究机械能守恒定律”的实验中,用到的传感器是传感器。若摆锤直径的测量值大于其真实值会造成摆锤动能的测量值偏。(选填:“大”或“小”)。【答案】光电门;大【解析】在实验中,摆锤的速度通过光电门进行测量,测量的速度是通过小球直径d与挡光时间的比值进行计算,为dvt,当摆锤直径大于真实值时,小球直径d变大,导致计算出的小球速度变大,故小球动能也会变大。5.某同学用如题图所示的装置验证机械能守恒定律.一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,6钢球静止于A点,光电门固定在A的正下方.在钢球底部竖直地粘住一片宽带为d的遮光条.将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取dvt作为钢球经过A点时的速度.记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk,就能验证机械能是否守恒.题图1(1)用ΔEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到▲之间的竖直距离.(A)钢球在A点时的顶端(B)钢球在A点时的球心(C)钢球在A点时的底端(2)用ΔEk=212mv计算钢球动能变化的大小,用刻度尺测量遮光条宽度,示数如题图2所示,其读数为cm.某次测量中,计时器的示数为0.0100s,则钢球的速度为v=m/s.题图2(3)下表为该同学的实验结果:7他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的.你是否同意他的观点?请说明理由.(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议.【答案】(1)B(2)1.50(1.49~1.51都算对)1.50(1.49~1.51都算对)(3)不同意,因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp,但表中ΔEk大于ΔEp.(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算ΔEk时,将v折算成钢球的速度lvvL.【解析】试题分析:(1)小球下落的高度为初末位置球心间的距离,所以选B;(2)由题图知读数为1.50cm,小球的速度为dvt,代入数据解得v=1.50m/s;(3)若是空气阻力造成的,则ΔEk小于ΔEp,根据表格数据知ΔEk大于ΔEp,故不是空气阻力造成的.6.甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验,乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验。(1)图1中A、B、C、D、E表示部分实验器材,甲同学需在图中选用的器材_____________;乙同学需在图中选用的器材___________。(用字母表示)8(2)乙同学在实验室选齐所需器材后,经正确操作获得如图2所示的两条纸带①和②。纸带__________的加速度大(填①或者②),其加速度大小为____________.【解析】计算相邻位移的路程差,①为cm1.0②为cm05.0,所以①的加速度大,加速度22/23.0smTsa。【答案】(1)AB;BDE(2)①,(2.50.2)m/s2【点评】本题考查“验证机械能守恒定律”实验,乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验的器材选择,打点计时器纸带的处理:计算加速度。难度:容易。7.有4条用打点计时器(所用交流电频率为50Hz)打出的纸带A、B、C、D,其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的。为找出该纸带,某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4个点,用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为S1、S2、S3。请你根据下列S1、S2、S3的测量结果确定该纸带为。(已知当地的重力加速度为9.791m/s2)A.61.0mm65.8mm70.7mmB.41.2mm45.1mm53.0mmC.49.6mm53.5mm57.3mmD.60.5mm61.0mm60.6mm【答案】C【解析】验证机械能守恒采用重锤的自由落体运动实现,所以相邻的0.02s内的位移增加量为:229.7910.023.9sgTmm,答案为C。8.利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案。9a.用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t,通过vgt计算出瞬时速度0v.b.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过2vgh计算出瞬时速度.c.根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度,并通过gvh22计算出高度h.d.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度0v。以上方案中只有一种正确,正确的是。(填入相应的字母)【答案】d【解析】因为前3种方法用的公式都是在物体自由落体运动的基础上得到的,也就是认为机械能守恒成立的基础上得到的。但本实验是“验证机械能守恒定律”,所以a,b,c是错误的。D是分别用实验的方法测量h和计算v,然后判断是否221vgh,即221mvmgh,所以只有d正确。9.某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律.弧形轨道末端水平,离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处静止释放,钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.⑴若轨道完全光滑,s2与h的理论关系应满足s2hHs10=(用H、h表示).⑵该同学经实验测量得到一组数据,如下表所示:h(10-1m)2.003.004.005.006.00s2(10-1m2)2.623.895.206.537.78请在坐标纸上作出s2-h关系图.⑶对比实验结果与理论计算得到的s2-h关系图线(图中已画出),自同一高度静止释放的钢球,水平抛出的速率(填“小于”或“大于”)理论值.⑷从s2-h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著,你认为造成上述偏差的可能原因是.【解析】(1)221mghmv221gtHvts解得:hHs2hHs42(2)描点作图(3)小于(4)摩擦【答案】11、⑴4Hh;⑵见图;⑶小于;摩擦,转动(回答任一即可)10.如图所示,两个质量各为m1和m2的小物块A和B,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m1>m2,现要利用此装置验证机械能守恒定律.(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量,则需要测量的物理量有(在答题卡上对应区域填入选项前的编号)①物块的质量m1、m2;②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间;③物块B上升的距离及上升这段距离所
本文标题:20202021年高考物理实验方法守恒法含解析
链接地址:https://www.777doc.com/doc-7332868 .html