2017届高考物理一轮复习专题十二实验与探究考点一力学实验实验六验证机械能守恒定律教学案(含解析)

h1b2Mgh－2mgd[答案] (1)Mgs－mgs (M＋m)2 s

d2tM＋mdb2

(2)描点连线如图所示 2.40(2.20～2.60均正确)

2

[解析] (1)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

hb1

减少量可表示为Mgs－mgs；滑块经过B点时的速度为v＝，故系统动能的增加量为(M＋

dt2b2h1b212Mgh－2mgdm)2；若机械能守恒，则有Mgs－mgs＝(M＋m)2，得：2＝s。 td2ttM＋mdb2

(2)根据数据描点后，作图线时注意使所描点大致在同一直线上，计算斜率时注意选取相距较远的点来计算。

【解题法】 验证“机械能守恒定律”实验拓展与应对

若将“连接体”模型、“自由落体”模型中重力势能的减少量理解为合力做的功，则可利用相关方案“探究动能定理”，所以，很多力学实验的设计方案是相通的，复习时要掌握力学基本量的测量方法，然后根据实验目的的不同进行变通应用即可，例如，“探究加速度与力、质量关系”的实验方案也可用来“探究动能定理”。

1．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)

(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“②”)，其加速度大小为________。

答案 (1)AB BDE

(2)① 2.5 m/s(2.3～2.7 m/s均可)

解析 (1)要采用落体法做“验证机械能守恒定律”实验，需要下落的重物A和计时用的打点计时器B；要做“探究加速度与力、质量关系”实验，需要研究对象小车D，拉动小车的钩码E及计时用的打点计时器B。

(2)纸带①的加速度大小为

2

2

x5＋x4－x1＋x2

a1＝ 2

6T＝[

38.10－34.20－32.40－29.10]×102

m/s 2

6×0.02

2

－2

＝2.5 m/s，

纸带②的加速度大小为

x5＋x4－x1＋x2

a2＝ 2

6T＝[

35.90－32.35－30.65－27.40]×102

m/s 2

6×0.02

2

2

－2

＝1.25 m/s，

因此纸带①的加速度大，大小为2.5 m/s。

2．某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。 (1)如图甲，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表。由数据算得劲度系数是k＝________N/m。(g取9.80 m/s)

砝码质量(g) 弹簧长度(cm) 50 8.62 100 7.63 150 6.66 2

(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图乙所示；调整导轨，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小________。

(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为________。

(4)重复(3)中的操作，得到v与x的关系如图丙，由图可知，v与x成________关系。由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的________成正比。

答案 (1)50 (2)相等 (3)滑块的动能 (4)正比 压缩量的平方

ΔFΔmg解析 (1)根据F＝kx得ΔF＝kΔx，可得k＝＝。取较远的两组数计算，k＝

ΔxΔx0.98 N

＝50 N/m。 －2

1.96×10 m

(2)气垫导轨摩擦力可以忽略，故滑块做匀速直线运动，通过两个光电门的速度大小相等。

(3)因忽略摩擦力，释放滑块后，弹簧的弹性势能转化为滑块的动能。

12

(4)由题图丙可知，v-t图线为过原点的倾斜直线，成正比关系。由Ek＝mv＝Ep可知，

2

Ep＝mv2∝x2，故弹性势能与弹簧的压缩量的平方成正比。

3．DIS实验是利用现代信息技术进行的实验。“用DIS研究机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示，小组同学在实验中利用小铁球从很光洁的曲面上滚下，选择DIS以图象方式显示实验的结果，所显示的图象如图乙所示。图象的横轴表示小铁球距d点(最低点)的高度h，纵轴表示小铁球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E。试回答下列问题：

1

2

(1)图乙中，表示小铁球的机械能E、动能Ek、重力势能Ep随小铁球距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)根据图乙所示的实验图象，可以得出的结论是：________。 答案 (1)甲、丙、乙

(2)忽略阻力作用，小铁球下落过程中机械能守恒

解析 小铁球下滑时动能增大，重力势能减小，机械能不变，表示小铁球的机械能E、动能Ek、重力势能Ep随小铁球距d点的高度h变化关系的图线分别是甲、丙、乙。