专题05 验证机械能守恒定律—备战2022年高考物理实验专题强化训练

专题05 验证机械能守恒定律 知识点一、基本要求 1.实验目的：验证机械能守恒定律 2.实验原理：通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律 3.实验器材：打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（附夹子）、导线两根 4.实验步骤： ①安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连 ②将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔 ③用手提着纸带，让重物靠近打点计时器并处于静止状态，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点 ④从几条打下点的纸带中挑选出点迹清楚的纸带进行测量 ⑤在起始点标上O，在以后各点依次标上1、2、3、。。。；用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3.。。。 知识点二、数据处理 方法一：利用起始点和第n点计算 代入ghn和，如果没有实验误差允许的情况下，，则验证机械能守恒定律 方法二：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）在实验误差允许的情况下，若，则验证了机械能守恒定律 方法三：图像法 在纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出图线，若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律 知识点三：误差分析 1、减小测量误差：一是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，而是多测几次取平均值 2.由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量必定稍小于重力势能的减小量，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力 知识点四、注意事项 1.打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力。 2.重物密度要大：重物应选用质量大，体积小、密度小的材料 3.一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落 4.侧长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用，不能用或vn=gt来计算 题型一：对实验操作的考查 小李同学利用图①装置验证机械能守恒定律时，打出如图②所示的纸带，已知打点计时器频率为。 （1）下列关于该实验说法正确的是______。 A．纸带必须尽量保持竖直方向以减小摩擦阻力作用 B．为了验证机械能守恒，必须选择纸带上打出的第一个点作为起点 C．将电磁打点计时器改成电火花计时器可以减少纸带和打点计时器间的摩擦 D．可以选择较轻的物体作为重物以延长下落的时间，实验效果更好 （2）根据图②中纸带的数据，打下点时重物的速度为______（结果保留2位小数）。 （3）小明同学用两个形状完全相同，但质量不同的重物和分别进行实验，测得几组数据，并作出图象，如图③所示，由图象可判断的质量______的质量（选填“大于”或“小于”）。 【答案】 (1). AC (2). 2.25 (3). 大于 【解析】 （1）[1] A．重锤下落时，纸带必须尽量保持竖直以减小摩擦阻力作用，故A正确； B．数据处理时，可以选择第一个点作为起点，也可以选择后面的点作为起点，故B错误； C．电磁打点计时器探针与纸带的摩擦较大，改成电火花计时器可以减少纸带和打点计时器间的摩擦，故C正确； D．如果选择较轻的物体，会增大空气阻力，给实验带来的误差更大，故D错误。 故选AC。 （2）[2]C点时重物的速度为 （3）[3]设空气阻力是f，根据动能定理有 整理得 由图像可知 由于P的斜率大于Q的斜率，空气阻力相同，所以P的质量大于Q的质量。 题型二：对数据处理及误差的考查 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9.80m/s2，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f为__________。 答案： (1) ； ； (2) 40 解析： (1)由于重物匀加速下落，A、B、C、D各相邻点之间时间间隔相同，因此B点应是从A运动到C的过程的中间时刻，由匀变速直线运动的推论可得： B点的速度vB等于AC段的平均速度，即 由于，故 同理可得 匀加速直线运动的加速度 故 ①