必考点20 实验：验证机械能守恒定律-【对点变式题】2021-2022学年高一物理下学期期中期末必考题精准练（人教版2019）

必考点20 验证机械能守恒定律 题型一 教材原型实验 例题1 (2020·河南模拟)如图所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置.(g取9.80 m/s2) (1)选出一条清晰的纸带如图甲所示,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,重锤的质量为1.00 kg.甲同学根据以上数据算出:当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了　　　　 J;此时重锤的速度vB=　　　　 m/s,此时重锤的动能比开始下落时增加了　　　　 J.(结果均保留3位有效数字)  (2)某同学利用他自己实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,然后以h为横轴、以v2为纵轴作出了如图乙所示的图线,图线的斜率近似等于　　　　. 　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.19.6 B.9.8 C.4.90 图线未过原点O的原因是 .  【答案】(1)1.85　1.83　1.67　(2)B　先释放了纸带,后合上打点计时器的开关 【解析】 (1)当打点计时器打到B点时,重锤的重力势能减小量ΔEp=mg·OB=1.00×9.80×18.90×10-2 J≈1.85 J;打B点时重锤的速度vB== m/s≈1.83 m/s,此时重锤的动能增加量ΔEk=m=×1.00×1.832 J≈1.67 J. (2)由机械守恒定律有mv2=mgh,可得v2=gh,由此可知图线的斜率近似等于重力加速度g,故B正确.由图线可知,h=0时,重锤的初速度不等于零,原因是该同学做实验时先释放了纸带,然后才合上打点计时器的开关. 【解题技巧提炼】 1．实验原理(如图所示) 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对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律． 2．实验器材 打点计时器、交变电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线． 3．实验过程 (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电源相连． (2)打纸带 用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5条)纸带． (3)选纸带：从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带． (4)进行数据处理并验证． 4．数据处理 (1)求瞬时速度 由公式vn＝可以计算出重物下落h1、h2、h3…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3…. (2)验证守恒 方案一：利用起始点和第n点计算 代入mghn和mvn2，如果在实验误差允许的范围内，mghn和mvn2相等，则验证了机械能守恒定律． 注意：应选取最初第1、2两点间距离接近2_mm的纸带(电源频率为50 Hz)． 方案二：任取两点计算 ①任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB. ②算出mvB2－mvA2的值． ③在实验误差允许的范围内，若mghAB＝mvB2－mvA2，则验证了机械能守恒定律． 方案三：图象法 测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算对应速度v，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出v2－h图象．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． 5．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线上，以减小摩擦阻力． (2)重物应选用质量大、体积小、密度大的． (3)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)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝，不能用vn＝或vn＝gt来计算． (5)此实验中不需要测量重物的质量． 题型二 拓展创新实验 例题1 (2020·四川模拟)如图所示的装置可用来验证机械能守恒定律.摆锤A拴在长为L的轻绳一端,轻绳另一端固定在O点,在A上放一个质量很小的小铁块,现将摆锤拉起,使绳与竖直方向成θ角,由静止开始释放摆锤,当其到达最低位置时,受到竖直挡板P的阻挡而停止运动,之后铁块将飞离摆锤做平抛运动. (1)为了验证摆锤在运动过程中机械能守恒,必须求出摆锤在最低点的速度.为了求出这一速度,还应测量的物理量有　　　　.  (2)用测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v=　　　　.  (3)用已知的和测得的物理量表示摆锤在运动过程中机械能守