高考物理命题潜规则解密专项63验证机械能守恒定律.docx

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高考物理命题潜规则解密专项63验证机械能守恒定律

2019高考物理命题潜规则解密：

专项63验证机械能守恒定律

规那么验证：

2017海南物理卷14题、2017年高考海南物理第14题、2017年新课标第22题、2017·安徽理综第21题

命题规律：

验证机械能守恒定律实验，是高考考查的重点和热点，考查该实验综合性强、难度中等。

【典例分析】

典例1〔2017海南物理卷14题〕现要通过实验验证机械能守恒定律。

实验装置如图2甲所示：

水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。

用g表示重力加速度。

完成以下填空和作图；

〔1〕假设将滑块自A点由静止释放，那么在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为_____。

动能的增加量可表示为________。

假设在运动过程中机械能守恒，与s的关系式为=________.

（2）多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点〔A点〕下滑，测量相应的s与t值，结果如下表所示：

1

2

3

4

5

s〔m〕

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

t〔ms〕

8.22

7.17

6.44

5.85

5.43

〔104s-2〕

1.48

1、98

2.41

2.92

3.39

以s为横坐标，为纵坐标，在答题卡上对应图7乙位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k=______×104m-1·s-2（保留3位有效数字）.由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出-s直线的斜率k0，将k和k0进行比较，假设其差值在实验允许的范围内，那么可认为此实验验证了机械能守恒定律。

典例2、〔2017年高考海南物理第14题〕利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图3甲所示：

（1）实验步骤：

①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于lm，将导轨调至水平；

②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图3乙所示，由此读出l=________mm；

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s=__________m；

④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；

⑤从数字计时器〔图7甲中未画出〕上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间△t1和△t2；

⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。

（2）用表示直接测量量的字母写出以下所示物理量的表达式：

①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1=__________和v2=________。

②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统（包括滑块、挡光条、托盘和砝码）的总动能分别为Ek1=___________和Ek2=__________。

③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少△Ep=__________（重力加速度为）。

（3）如果△Ep=______________，那么可认为验证了机械能守恒定律。

典例3.（2017年新课标第22题）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.回答以下问题

（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、0～12V的直流电源D、0～12V的交流电源

（2）实验中误差产生的原因有______.（写出两个原因）

典例4.〔2017·安徽理综第21题〕利用图示装置进行验证机械能守恒定律的试验时，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。

A．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度v0.

B．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过计算出瞬时速度.

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v，并通过h=计算出高度h.

D．用刻度尺测出物体下落的高度，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v0。

以上方案中只有一种正确，正确的选项是。

〔填入相应的字母〕

典例5.〔2017全国理综1〕如图5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，m1＞m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律。

〔1〕假设选定物块A从静止开始下落的过程中进行测量，那么需要测量的物理量有_________。

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用的时间；

④绳子的长度。

〔2〕为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：

①绳的质量要轻；

②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；

③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；

④两个物块的质量之差要尽可能小。

以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_________。

〔3〕写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：

______________________________________________________________________________。

典例6.（2017·江苏物理）某同学利用如图6甲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假设轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2＝〔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〕

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

s2〔10-1m2〕

2.62

3.89

5.20

6.53

7.78

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4乙中已画出〕，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、

【2018模拟题精选训练】

1、〔2018年3月江苏省苏北四星级高中联考〕用如图实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒、m2从高处由静止开始下落，m1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、下图给出的是实验中获取的一条纸带：

0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点〔图中未标出〕，计数点间的距离如下图、m1=50g、m2=150g，那么〔g取9.8m/s2，所有结果均保留三位有效数字〕

〔1〕在纸带上打下记数点5时的速度v5=m/s；

〔2〕在打点0~5过程中系统动能的增量△EK=J，系统势能的减少量△EP=J，由此得出的结论是；

〔3〕假设某同学作出v2—h图像如图，那么当地的实际重力加速度g=m/s2、

2、〔2018年3月山东烟台一模〕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。

某同学利用实验得到的纸带，设计了一种测量方案,方案中有以下两步:

a.根据算出物体下落的高度h

b.根据计算出物体下落的瞬时速度v

请你评价一下这个同学的测量方案中的这两步是否存在错误,假设有错误,请在下面进行改正:

.

利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值、如下图，根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为x0，点A、C间的距离为x1，点C、E间的距离为x2，使用交流电的频率为f，那么根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式：

a=、

3.〔浙江省六校2018年2月联考〕某同学用DIS研究“机械能守恒定律”的装置如图〔a〕所示，在一次实验中，选择DIS以图像方式显示实验的结果，所显示的图像如图〔b〕所示。

图像的横轴表示小球距D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E。

试回答以下问题：

〔1〕图〔b〕的图像中，表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是__________________〔按顺序填写相应图线所对应的文字〕。

〔2〕根据图〔b〕所示的实验图像，可以得出的结论_____________________。

4、〔2018江西重点中学联盟第一次联考〕某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒、

〔1〕某同学用游标卡尺测得遮光条〔图乙〕的宽度d=cm；

〔2〕实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门所花时间为Δt=1.2×10ˉ2s，那么滑块经过光电门时的瞬时速度为〔用游标卡尺的测量结果计算〕m/s、

〔3〕在本次实验中还需要测量的物理量有：

钩码的质量m、和

〔用文字说明并用相应的字母表示〕。

〔4〕本实验，通过比较和在实验误差允许的范围内相等〔用测量的物理量符号表示〕，从而验证了系统的机械能守恒。

5.〔2018山西太原期末〕某实验小组利用图1的装置验证钩码和滑块组成的系统机械能守恒，

在水平桌面上固定一气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光条的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的钩码相连，且M:

m=3:

1，遮光条两条长边与导轨垂直，导轨上B点处有一光电门，可以测量遮光条经过光电门时的挡光时间△t，用d表示遮光条的宽度，s表示A、B两点的距离，g表示当地的重力加速度、〔计算结果保留两位有效数字〕

〔1〕用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图2所示，那么d=；

〔2〕实验时，将滑块从位置A由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间△t=1.3×10-2s，那么滑块经过光电门B时的瞬时速度的值为；

〔3〕改变光电门的位置进行多次实验，每次均令滑块自A点开始运动，测量相应的s与△t的值，并计算出经过光电门的瞬时速度v，作出v2–s图象，假设不考虑误差，认为系统的机械能守恒，那么v2与s应满足的关系式为：

v2=.〔用题中所给的符号表示〕

〔4〕实验中，利用数据作出的v2–s图象如图3所示，如果不考虑误差，认为系统的机械能守恒，那么可求得当地的重力加速度的值g=.

〔5〕如果当地的重力加速度的真实值为10m/s2，那么滑块与钩码组成的系统在运动过程中受到阻力的值与钩码重力的值之比为。

6.〔2018兰州联考〕现要通过实验验证机械能守恒定律。

实验装置如图2甲所示：

水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。

用g表示重力加速度。

完成以下填空和作图；

〔1〕假设将滑块自A点由静止释放，那么在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统