专题15 实验：验证机械能守恒定律（2）创新方案-2021年高考物理机械能守恒微专题突破

«机械能守恒定律»考点微专题15 实验：验证机械能守恒定律（2） 创新方案 一、知能掌握 本实验也可选用其他实验器材进行实验，只要能达到验证机械能守恒的目的即可， 1.利用气垫导轨验证机械能守恒定律， 利用系统机械能守恒定律：如可利用气垫导轨和滑块进行实验，需验证的表达式为mgh＝(M＋m)()2－(M＋m)()2，实验装置示意图如图所示，从与光电门连接的数字计时器上读出挡光条通过光电门1和光电门2的时间∆t1、∆t2,用天平测量出滑块和挡光条的总质量M及托盘和砝码的总质量m,用刻度尺测量出挡光条宽度l，从导轨标尺上读出两光电门之间的距离L,则滑块通过光电门1、2时系统的总动能分别为EK1=(M＋m)()2，EK2=(M＋m)()2,而系统重力势能的减少量∆EP=mgL，如果∆EP=EK2-EK1,则验证了机械能守恒定律. 2．用冲击摆验证机械能守恒定律 也可利用摆球进行实验，需验证的表达式为mgh＝mv2.将冲击摆的支架T按如图所示安装，使摆锤A处在底座的外面，摆锤A为一小铁皮盒，内部放一个可以自由活动的铁球，在刻度板P的最低点装上一块铁板K，它能阻挡摆锤A的运动，但不阻挡摆锤内放置的铁球的运动．整套装置靠近桌边放置，在铁板K上的N点悬挂一根重垂线，指示出在地面的投影N′点，在地上铺上白纸，盖上复写纸以便记录铁球落地的位置． 本实验以摆锤A为研究对象，实验时拉起摆锤使悬线偏离α角时，摆锤升起一定的高度，因而具有重力势能，然后让摆锤由静止开始释放，这时重力势能就逐步转化为动能，经过最低点时其重力势能将全部转化为动能，此时摆锤和存放在摆锤内的铁球具有相同的速度．摆锤遇到铁板K时将停止运动，而铁球由于惯性将离开摆锤做平抛运动，只要测出铁球做平抛运动的初速度，就等于测出了摆锤在最低点的速度，于是便可验证机械能是否守恒了． 从上图中可看出，摆锤下落的高度H＝L(1－cosα)(式中L为悬线长度)，摆锤打击铁板K的速度可由铁球的平抛运动测得v＝s(式中s为铁球做平抛运动的水平位移，h为下降高度)． 如果机械能守恒，则有mgL(1－cosα)＝m(s)2，即s＝，只要证得此关系式成立，就验证了机械能守恒定律．一般情况下，由于存在摩擦，s略小于才是正常的． 3.验证弹性势能与动能在转化中守恒 (1)如图所示，气垫导轨上两滑块质量分别为mA和mB，将劲度系数为k的弹簧压缩x，