25 第5章 实验7 验证机械能守恒定律（word教参）-2023高考物理【金版新学案】大一轮复习讲义·高三总复习（新高考 广东版）

实验七　验证机械能守恒定律 一、基本原理与操作 原理装置图 操作要领 (1)安装：打点计时器竖直安装；纸带沿竖直方向拉直。 (2)重物：选密度大、质量大的金属块，且靠近计时器处释放。 (3)打纸带：让重物自由下落，纸带上打下一系列小点。 (4)选纸带：点迹清晰，且所选用的点在同一条直线上。 (5)速度：应用vn＝，不能用vn＝或vn＝gt计算 二、数据处理及结论 1．数据处理 (1)方案一：利用起始点和第n点计算：验证ghn＝v。 (2)方案二：任取较远两点A、B：验证ghAB＝v－v。 (3)方案三：图像法，描绘出v2­h图线。 2．结论：在实验误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒。 三、误差分析 1．减小测量误差：一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值。 2．误差来源：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ΔEk＝mv必定稍小于重力势能的减少量mghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。 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、体积小的物体。 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。 题型一　教材原型实验 在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图1所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图2所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。 图1 图2 (1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是______________。 (2)已知交流电频率为50 Hz，重物质量为200 g，当地重力加速度g＝9．80 m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|＝________J、C点的动能EkC＝________J(计算结果均保留3位有效数字)。比较EkC与|ΔEp|的大小，出现这一结果的原因可能是________。 A．工作电压偏高 B．存在空气阻力和摩擦力 C．接通电源前释放了纸带 解析：　(1)在验证机械能守恒定律的实验中，阻力越小越好，因为密度大的重物的阻力与重力之比更小，故选用密度大的重物。(2)由题图2可知OC之间的距离为xOC＝27．88 cm，因此机械能的减少量为|ΔEp|＝mgxOC＝0．2×9．8×0．278 8 J＝0．546 J；匀变速直线运动时间中点的速度等于这段时间的平均速度，因此vC＝＝ m/s≈2．408 m/s，因此动能的增加量为EkC＝mv＝×0．2×(2．408)2J≈0．580 J。工作电压偏高不会影响实验的误差，存在摩擦力会使重力势能的减少量大于动能的增加量，只有提前释放了纸带，纸带的初速度不为零，下落到同一位置的速度偏大才会导致动能的增加量大于重力势能的减少量，故A、B错误，C正确。 答案：　(1)阻力与重力之比更小(或其它合理解释) (2)0．546(0．542～0．550均可)　(3)0．580(0．570～0．590均可)　(4)C 针对练1．图1是某同学验证机械能守恒定律实验装置，提供的器材如下：铁架台、电磁打点计时器、学生电源、导线若干、纸带、重锤、铁夹。当地的重力加速度g取9．8 m/s2。 (1)该同学还应补充的实验器材是________________________。 (2)图2是该同学将打点计时器连接至电源的情景，连接正确的是________(选填“甲”或“乙”)。 (3)该同学实验中得到的一条纸带如图3所示，已知打点计时器无故障且打点正常，则由此判断该同学在实验中最有可能的错误操作是________________________。 (4)该同学正确操作得到的一条纸带如图4所示，O点对应重锤做自由下落的初始位置，该同学从合适位置开始选取了三个连续的计数点A、B、C，OB距离已在图中标出。该同学选择OB段来验证重锤的机械能是否守恒，则他还需____________。 A．仅测量AC段的长度 B．仅测量AB段的长度 C．仅测量OC段的长度 D．仅测量OA段的长度 (5)他又从几条纸带中选择了一条较为理想的纸带，用刻度尺测得各计数点到O点的距离(单位：mm)如图5所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分别是每打两个点取出的计数点(所用电源的频率为50 Hz)。 若重锤的质量为0．05 kg，则重锤从开始下落到打B点时，减少的重力势能是________J，从重锤下落到打B点时增加的动能是________J，据此得到的结论是________(g取9．8 m/s2，结果保留三位有效数字) 解析：　(1)求纸带的点与点之