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验证机械能守恒定律实验创新题解析源于课本而高于课本,注重求新求变求异,重视创新性的改造与拓展,是近年来高考实验命题的一大趋势。现列举三个近年考查“验证机械能守恒定律实验”的创新题,供学习参考.一、用新装置验证旧结论题1.如图1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m1m2,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.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提高实验结果准确程度有益的建议:.解答:(1)依实验目的,本实验需要测量的物理量有:两物块质量m1、m2,物块下落或上升的高度h,对应时刻两物块运动速度大小v;因两物块均从静止开始作匀加速直线运动,则有·t,故有.所以直接测量的物理量是:①②或①③.(2)对提高实验结果准确程度有作用的建议是:①③.(3)对实验结果准确程度有益的其他建议有:对运动同一高度所需时间进行多次测量取其平均值;选取受力后相对伸长量尽量小的绳;尽量减少绳与滑轮的摩擦;尽量减少滑轮与轴的摩擦;选用质量轻的小滑轮;物块A和B要选用密度大的金属等等.评析:本实验是用新装置(细绳定滑轮连接体模型)验证旧结论(机械能守恒定律),源于教材而远高于教材.其新颖之处有二:一是从课本实验验证一个物体机械能守恒,拓展到两个物体系统的机械能守恒,并且实验器材、实验方法、物理量的测定、实验条件控制和实验误差分析,与课本相应实验相比有了较大深化与拓展;二是问题设计及答案具有探究性、开放性与发散性.如需要直接测量的物理量,可以是①②,也可以是①③.其中“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”,提问开放度较高,只要合理可行的均可给分.这是近年高考实验题的考查方向.二、用旧装置验证新结论题2.某同学利用如图2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.(1)若轨道完全光滑,s2与h的理论关系应满足s2=(用H、h表示).(2)该同学经实验测量得到一组数据,如下表所示:2.003.004.005.006.002.623.895.206.537.78请在图3的坐标纸上作出关系图.(3)对比实验结果与理论计算得到的关系图线(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.(4)从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.解答:(1)设钢球离开轨道末端的速度为v,若轨道完全光滑,则有.钢球离开轨道后做平抛运动,则有.整理可得:s2=4Hh.(2)实验数据作出的关系图如图4所示.(3)由图4可知,高度h一定,平抛水平位移s2的实际值小于理论值,故钢球平抛的速率小于理论值.(4)钢球速率出现偏差的可能原因,一是轨道粗糙存在摩擦;二是钢球除了平动还要转动,存在转动的动能.故答案为:摩擦,转动(回答任一合理答案即可).评析:本实验是用旧装置(探究平抛运动的斜槽装置)验证新结论(机械能守恒定律),问题情景既熟悉又陌生.其可圈可点之处:一是对斜槽装置“探究平抛运动”实验的功能的深化与拓展,难度适中、灵活性强,有较好区分度;二是重点突出对实验原理与方法、图象法处理数据、误差分析能力等较高层面上的考查.三是问题(4)的答案具有开放性与探究性.三、用新装置验证新结论题3.由理论分析可得,弹簧的弹性势能公式为(式中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量).为验证这一结论,A、B两位同学设计了如下的实验:①首先他们都进行了图5甲所示的实验:将一根轻质弹簧竖直挂起,在弹簧的另一端挂上一个已知质量为m的小铁球,稳定后测得弹簧伸长量为d;②A同学完成步骤①后,接着进行了如图5乙所示的实验:将这根弹簧竖直的固定在水平桌面上,并把小铁球放在弹簧上,然后竖直地套上一根带有插销孔的长透明塑料管,利用插销压缩弹簧;拔掉插销时,弹簧对小铁球做功,使小铁球弹起,测得弹簧的压缩量为x时,小铁球上升的最大高度为H.③B同学完成步骤①后,接着进行了如图8丙所示的实验.将这根弹簧放在一光滑水平桌面上,一端固定在竖直墙上,另一端被小球压缩,测得压缩量为x,释放弹簧后,小球从高为h的桌面上水平抛出,抛出的水平距离为L.(1)A、B两位同学进行图5甲所示实验的目的是为了确定物理量:,用m、d、g表示所求的物理量:.(2)如果成立,那么A同学测出的物理量x与d、H的关系式是:x=;B同学测出的物理量x与d、h、L的关系式是:x=.解析:(1)目的是测量弹簧的劲度系数k.当小球处于静止时,有,可得(2)A同学的实验:将弹簧压缩x后释放小球,到小球上升高度H,根据机械能守恒可得,可解得B同学的实验:将弹簧压缩x后释放小球,有小球离开桌面后,以速度v0做平抛运动,有和解以上三式可得评析:这三道考题可以代表近年及今后的高考考查方向,情境与结果(或原理)的新旧配合,考查了学生灵活应用所学知识的能力,同学们在练习中多揣摩命题人意图、根据已知信息整合我们的知识建立联系是我们解答这类问题的关键.
本文标题:验证机械能守恒定律实验创新题解析
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