高中物理高考 第10讲 守恒法—2021年高考物理实验方法大全（原卷版）

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第14讲 守恒法（解析版）—高中物理实验方法江苏省特级教师 学科网特约金牌名师 戴儒京高中物理实验中，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）    验证是否符合即注意事项：不需要测物体质量m。 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50 Hz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，可以使用的频率有和。打出纸带的一部分如图（b）所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率，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)已测得当地重力加速度大小为，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%，由此推算出为__________。 3.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   速度变化量和势能变化量   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＝　　　　　，动能变化量＝　　　　　。④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．利用公式计算中午速度B．利用公式计算重物速度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。4.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”）。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，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=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0.0100 s，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：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．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）（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____________.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.61.0mm  65.8mm  70.7mm B. 41.2mm  45.1mm  53.0mmC.49.6mm  53.5mm  57.3mm D. 60.5mm  61.0mm   60.6mm8．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和下落高度。某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。用刻度尺测出物体下落的高度，并测出下落时间,通过计算出瞬时速度.用刻度尺测出物体下落的高度，并通过计算出瞬时速度.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，并通过计算出高度.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。以上方案中只有一种正确，正确的是                 。（填入相应的字母）          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）2.003.004.005.006.00s2 （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                              ．    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               。（在答题卡上对应区域填入选项前的编号）（3）写出一条上面没有提到的提高实验结果准确程度有益的建议：                                                                                                                     .  新题速递2020上海等级考第18题18、(10分)图(a)是用DIS研究机械能守恒的装置.(1)图(a)中定位档片的作用是(   )(2) (多选题)实验中测得C点的机械能偏大的原因是(   )(A)光电门在C的下方(B)摆锤释放时绳子松弛(C)摆锤在摆动的过程中有空气阻力(D)摆锤释放时在A的上方(3)为了验证单摆的机械能守恒。某同学测量了摆下摆时动能Ek与偏角的函数关系图，如图(b)所示。以D为零势能面，当偏角=32°时摆的重力势能为_______J，若摆的质量为0.0075kg.则摆长为_________m. 8.2017年天津9.（2）题9（2）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50 Hz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           C．AC、BD和EG的长度 实验八、验证动量定理2020全国1卷第１０题10.某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。实验步骤如下：（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平；（2）用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块（含遮光片）的质量m2；（3）用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；（4）令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12；（5）在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I=________，滑块动量改变量的大小Δp=________；（用题中给出的物理量及重力加速度g表示）（6）某次测量得到的一组数据为：d=1.000 cm，m1=1.5010-2 kg，m2=0.400 kg，△t1=3.90010-2 s，Δt2=1.27010-2 s，t12=1.50 s，取g=9.80 m/s2。计算可得I=________N·s，Δp=____ kg·m·s-1；（结果均保留3位有效数字）（7）定义，本次实验δ=________%（保留1位有效数字）。