实验6　验证机械能守恒定律-备战2022年高考物理实验复习全能突破

实验6　验证机械能守恒定律 考点整合·素养提升 知识训练·能力提升 能力点一　实验原理及操作 1.两种验证方法 (1)利用起始点和第n点计算。代入ghn和,如果在实验误差允许的条件下,ghn=,则机械能守恒定律是正确的。 (2)任取两点计算 ①任取两点A、B,测出hAB,算出ghAB。 ②算出-的值。 ③在实验误差允许的条件下,如果ghAB=-,则机械能守恒定律是正确的。 2.不需要测量重物质量m。 【典例1】用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源,有输出电压为6 V的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落,重锤上拖着的纸带被打出一系列的点,对纸带上的点痕进行测量,即可验证机械能守恒定律。 (1)下面列举了该实验的几个操作步骤: A.按照图示的装置安装器件; B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上; C.用天平测出重锤的质量; D.释放悬挂纸带的夹子,同时接通电源开关打出一条纸带; E.测量纸带上某些点间的距离; F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。 其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是　　　　　　　　。(将其选项对应的字母填在横线处)  (2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。如图所示,根据打出的纸带,选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E,测出A距起始点O的距离为s0,点A、C间的距离为s1,点C、E间的距离为s2,使用交流电的频率为f,根据这些条件计算重锤下落的加速度a=　　　　　　　　。  (3)在上述验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能,其原因主要是在重锤下落的过程中存在阻力作用,可以通过该实验装置测阻力的大小。若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g,还需要测量的物理量是　　　　　　　　。用这些物理量和上图纸带上的数据符号表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F=　　　　　　　　。  【答案】(1)BCD 　(2) (3)重锤的质量m　m[g-](或m[g-]) 【解析】(1)因本实验中是通过比较重锤的重力势能减少量mghn和动能m增加量的大小来达到验证的目的,对于同一个研究对象(重锤)来说,质量是一定的,故只需比较ghn和就能达到目的,C项是没必要的;应将打点计时器接到电源的“交流输出”上,B项错误;释放悬挂纸带的夹子,先接通电源开关再释放一条纸带,D项错误。 (2)因Δs=aT2,所以a==。 (3)由牛顿第二定律得平均阻力F=mg-ma,所以应测量重锤的质量m ,代入加速度得F=m[g-],或由动能定理得mg(s0+s1)-F(s0+s1)=mvc2,又因为vC=,解得F=m。 【变式1】(2020年河南唐河高三模拟)“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用如图所示的方案1或2来进行。 (1)比较这两种方案,方案　　　　(选填“1”或“2”)好些。  (2)该同学开始实验时情形如图3所示,接通电源释放纸带。请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方:① ;  ② 。  (3)该实验中得到一条纸带,且测得每两个计数点间的距离如图4所示。已知相邻两个计数点之间的时间间隔T=0.1 s。则物体运动的加速度a=　　　　;该纸带是采用实验方案　　　　(选填“1”或“2”)得到的。  【答案】(1)1　(2)①打点计时器接了直流电源 ②重物离打点计时器太远　(3)4.8 m/s2　2 【解析】由Δx=aT2,利用逐差法得到物体运动的加速度a≈4.8 m/s2。若用自由落体实验测得物体运动的加速度a应该接近10 m/s2,所以该纸带是采用实验方案2得到的。 能力点二 数据处理与误差分析 1.利用纸带求重物下落速度的方法 (1)利用纸带确定物体速度的方法:v=。 (2)重物下落的加速度a<g。 2.考查数据处理方法 (1)动能增加量ΔEk=m-m。 (2)重力势能的减少量ΔEp=mgh。 (3)注意计算结果的有效数字要求。 【典例2】图1是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。(g取9.80 m/s2) (1)选出一条点迹清晰的纸带如图2所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流。用分度值为1 mm的刻度尺测得OA=12.41 cm,OB=18.90 cm,OC=27.06 cm,在计数点A和B、B和C之间还各有一个点,重锤的质