第5章 机械能及其守恒定律 章末提升创新应用(5)-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（粤教版 新教材 新高考）

章末提升创新应用(五) 授课提示：对应学生用书第161页 新教材粤教版必修第二册第四章第107页实践与拓展：利用数据采集器研究动能和重力势能转化所遵循的规律。下面我们介绍利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下滑的运动过程。 气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，两者不会直接接触。这样，滑块运动时受到的阻力很小，实验的精确度能大大提高。 计时系统的工作要借助于光源和光敏管(统称光电门)。光源与光敏管相对，它射出的光使光敏管感光。当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光敏管相连的电子电路自动记录遮光时间，通过数码屏显示出来。根据遮光条的宽度和遮光时间，可以算出滑块经过时的速度。因为这样的计时系统可以测出0.001 s的时间，并且能直接以数字显示，所以又叫数字毫秒计。 实验装置如图所示。实验操作中，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，重力势能减小，动能增大。测量滑块和挡光片的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。测量滑块下降的高度Δh和初、末速度v1、v2，就可以验证机械能是否守恒。 试题链接1　(2023·福建福州高三检测)某同学用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。实验中，让滑块都从气垫导轨某一固定位置O由静止开始下滑，已测得气垫导轨倾角为θ。 (1)下列物理量不需要测量的是________。 A．滑块和挡光片的总质量M B．光电门位置P到O点之间的距离l C．挡光片通过光电门时遮光时间Δt D．挡光片的宽度d (2)先用游标卡尺测出挡光片的宽度，示数如图乙所示，则宽度d＝________ mm。 (3)若某次实验中测出宽度d＝10.00 mm，挡光片通过光电门遮光时间Δt＝5.75 ms，则滑块通过光电门的速度v＝________ m/s(计算结果保留三位有效数字)。 (4)根据直接测量的物理量，经过计算分析就可以验证滑块和挡光片整体下滑过程中机械能是否守恒。 解析：(1)用气垫导轨验证机械能守恒定律，需要测量的物理量是光电门位置P到O点之间的距离l，挡光片通过光电门时遮光时间Δt和挡光片的宽度d，不需要测量的物理量是滑块和挡光片的总质量M，选项A正确。 (2)根据游标卡尺读数规则，挡光片的宽度d＝10 mm＋4×0.05 mm＝10.20 mm。 (3)滑块通过光电门的速度v＝≈1.74 m/s。 答案：(1)A　(2)10.20　(3)1.74 试题链接2　某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图像。 　 (1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1________(选填“>”“＝”或“<”)Δt2时，说明气垫导轨已经水平。 (2)用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________ mm。 (3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与钩码Q相连，钩码Q的质量为m。将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图像如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能守恒，还应测出_______________________________ (写出物理量的名称及符号)。 (4)若上述物理量间满足关系式____________________________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。 解析：(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当题图乙中的Δt1＝Δt2时，说明滑块已经匀速运动，说明气垫导轨已经水平。 (2)用游标卡尺测遮光条宽度d，则d＝5.0 mm。 (3)滑块经过两个光电门的速度分别为和，钩码重力势能的减少量为mgL，要验证的关系是mgL＝(m＋M)()2－(m＋M)()2，故还应测出滑块(含遮光条)的质量M和两光电门间的距离L。 (4)若上述物理量间满足关系式mgL＝(m＋M)()2－(m＋M)()2，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。 答案：(1)＝　(2)5.0 (3)滑块(含遮光条)的质量M和两光电门间的距离L (4)mgL＝(m＋M)()2－(m＋M)()2 授课提示：对应学生用书第162页 要实现“碳达峰和碳中和”目标，就必须促进新能源成为电力供应的主体，因此有必要建设新的电力系统，以确保新能源高水平消纳的利用。其中的手段之一是促进终端电力替代，特别是绿色电力替代，并提高需求侧的应对