高考物理二轮复习讲义第二十讲 实验验证机械能守恒定律 能量守恒定律.docx

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高考物理二轮复习讲义第二十讲实验验证机械能守恒定律能量守恒定律

第二十讲　实验：

验证机械能守恒定律　能量守恒定律

1.机械能守恒条件是指系统中只有重力或弹力做功．如果系统外力与重力或弹力相比　　　　时，也可以认为近似守恒．

2.电火花打点计时器工作电压为交流　　　　V，电磁打点计时器工作电压为交流　　　　，它们的打点周期均为　　　　s.

3.能量守恒定律：

能量既不会　　　　　　，也不会　　　，它只能从　　　　　　　　　　　　或者　　，在　　　　　，能量的总量保持不变．

1.验证机械能守恒定律的实验中，重锤拖着纸带自由下落，通过对纸带的测量获取数据进行验证．实验中的几点说明：

（1）要先接通电源后再松开纸带．

（2）选取第一、二两点间距离接近2mm，并且点迹清晰的纸带进行测量．

（3）为减小误差，重锤要选重一些的好．

（4）选取某个点，用刻度尺测量第一个点到该点的距离h，测量该点的前后两点间的距离xn＋xn＋1，计算该点时的速度vn＝

；比较gh与

v

是否近似相等，若是，则验证了机械能守恒．

2.误差分析

（1）做好本实验的关键是尽量减小重物下落过程中的阻力，但阻力不可能完全消除．本实验中，误差的主要来源是纸带摩擦和空气阻力．由于重物及纸带在下落中要不断地克服阻力做功，因此物体动能的增加量必稍小于重力势能的减少量，这是系统误差．减小系统误差的方法可以选用密度大的实心重物，重物下落前纸带应保持竖直，选用电火花计时器等．

（2）由于测量长度会造成误差，属偶然误差，减少办法一是测距离时都应从起点0量起，下落高度h适当大些（过小，h不易测准确；过大，阻力影响造成的误差大），二是多测几次取平均值．

3.能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，大到宇宙天体，小到原子核内部，只要有能量转化或转移，就一定服从能量守恒定律．能量守恒定律的成立不需要条件，任何情况下都成立．

4.热能和光能散发到周围环境中去，变为环境内能，我们无法收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散．能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了．

【例1】　（2017届南通中学模拟）下列说法中正确的是（　　）

A.机械能守恒是自然界遵循的普遍规律B.能量守恒表明，节约能源是无意义的

C.随着科技的发展，永动机是可以制成的　D.能量的耗散反映出自然界宏观过程的方向性

笔记：

【例2】　（2018届镇江学业水平模拟）在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（　　）

A.实验中，需用天平测出重物的质量

B.实验中，需用秒表测出重物下落的时间

C.可以用公式v＝gt来计算重锤的速度

D.实验时，应先接通电源，再释放纸带

笔记：

【例3】　（2016届盐城中学模拟）在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg.甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18cm、0.19cm和0.25cm.可见其中肯定有一位学生在操作上有错误，错误操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　．

若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s）．那么：

（1）纸带　　　　端与重物相连．

（2）打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB＝　　　　．

（3）从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是ΔEp＝　　　　，此过程中物体动能的增加量ΔEk＝　　　　．（取g＝9.8m/s2）

（4）通过计算，数值上ΔEp＝　　　　（选填“>”“＝”或“<”）ΔEk，这是因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　．

（5）实验的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　．

笔记：

1.（2014年江苏省普通高中学业水平测试）崔牛先生向客户推介他设计的“超级推进器”，该推进器由超导体、激光器、制冷剂以及计算机控制系统组成，其神奇之处在于能通过自身的循环工作，源源不断地获得动力，而不需要消耗任何能源．事实上，这是不可能实现的，因为他的设计违反了（　　）

A.质量守恒定律B.电荷守恒定律

C.机械能守恒定律D.能量守恒定律

2.（2016年江苏省普通高中学业水平测试）在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列释放纸带的操作正确的是（　　）

ABCD

3.（2014年江苏省普通高中学业水平测试）“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示.关于该实验，

下列说法正确的是（　　）

A.重物应选用密度小的物体

B.两个限位孔应在同一竖直线上

C.打点计时器应接低压直流电源

D.应先释放纸带，后接通电源

4.（2015年江苏省普通高中学业水平测试）如图甲所示为打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置．

甲　　　　　　　　　　　　　　　　　　乙

（1）通过研究重物自由下落过程中增加的　　　　与减少的重力势能的关系，从而验证机械能守恒定律．

（2）实验中打点计时器应接　　　　（选填“直流”或“交流”）电源.正确操作得到的纸带如图乙所示，O点对应重物做自由落体运动的初始位置，从合适位置开始选取的三个连续点A、B、C到O点的距离如图，已知重物的质量为m，重力加速度为g.则从打下O点到B点的过程中，重物减少的重力势能为　　　　．

1.（2018届宿迁学业水平模拟）下列说法中错误的是（　　）

A.能量既不会创生也不会消失

B.石沉水底，石头的能量消失了

C.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加

D.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的

2.（2018届连云港学业水平模拟）如图所示是蹦床运动员在空中表演的情景．在运动员从最低点开始反弹至即将与蹦床分离的过程中，下列说法正确的是（　　）

A.蹦床对人的弹力增大

B.弹性势能增大

C.动能增大

D.重力势能增大

3.（2017届无锡学业水平模拟）在研究自由落体运动的实验中，某同学打出了一条纸带，已知打点计时器所接交流电源的频率为50Hz，他按打点先后顺序从比较清晰的点起，连续选取0，1，2，3，4等计数点，如图所示，量得0、1两点之间的距离s1＝3.00cm，3、4两点之间的距离s4＝4.14cm，则2、3两个计数点之间的时间间隔为　　　　s；纸带在0、1之间的平均速度为　　　　m/s；重锤的加速度为　　　　m/s2.

4.（2017届宿迁学业水平模拟）如图甲所示，是验证机械能守恒定律的实验装置，重物的质量为m，实验时应先　　　　（选填“接通电源”或“释放纸带”），在选定的纸带上依次取计数点A、B、C如图乙所示，相邻计数点间的时间间隔为T，且O为打下的第一个点，各计数点距O点距离如图乙所示．当打点计时器打下点B时，重物增加的动能表达式为　　　　，重物减少的重力势能表达式为　　　　.（已知重力加速度为g）

甲乙

5.（2017届南京学业水平模拟）如图所示为用电火花打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置．

（1）若已知打点计时器的电源频率为50Hz，当地的重力加速度g＝9.80m/s2，重物质量为0.2kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示，打P点时，重物的速度为零，A、B、C为另外3个连续点，根据图中的数据，可知重物由P点运动到B点，重力势能少量ΔEp＝　　　　J．（计算结果保留3位有效数字）

（2）若PB的距离用h表示，打B点时重物的速度为vB，重力加速度为g，当两者间的关系式满足　　　　时，说明下落过程中重锤的机械能守恒．

（3）实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是　　　　．

A.重物的质量过大

B.重物的体积过小

C.电源的电压偏低

D.重物及纸带在下落时受到阻力

第二十讲　实验：

验证机械能守恒定律

能量守恒定律

【知识扫描】

1.很小　2.220　6V以下　0.02　3.凭空产生　凭空消失　一种形式转化为另一种形式　从一个物体转移到别的物体　转化或转移的过程中

【典例透析】

【例1】D　解析：

能量守恒是自然界遵循的普遍规律，而不是机械能守恒，A项错误；由自然界中宏观过程的方向性，知节约能源有意义．永动机违背能量守恒定律，不可能制造出来．

【例2】D　解析：

在“验证机械能守恒定律”的实验中，不需用天平测出重物的质量，A项错误；因为打点计时器就是计时工具，不需用秒表测出重物下落的时间，所以B项错误；实验的目的是验证自由落体运动是否是机械能守恒，所以不能用公式v＝gt来计算重锤的速度，C项错误；实验时，应先接通电源，再释放纸带，D项正确．

【例3】解析：

丙同学测定的操作步骤中有错误.错误操作是先放开纸带后接通电源．

（1）左

（2）

＝0.98m/s.

（3）mg×OB＝0.49J，

mv

＝0.48J.

（4）>，在验证机械能守恒定律的实验中，误差的一部分来自于空气阻力及纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦，故重力势能的减少量应等于动能增加量和克服阻力做功之和，所以原因是重物及纸带在下落时受到了阻力．

（5）在实验误差允许范围内，机械能守恒．

答案：

见解析

【真题荟萃】

1.D　2.A　3.B　4.

（1）动能　

（2）交流　mgh2

【仿真体验】

1.B　2.D　3.0.02　1.5　9.5

4.接通电源　

　mgd2

5.

（1）9.82×10－2　

（2）v

＝2gh　（3）D