第五章 实验六 验证机械能守恒定律-【创新教程】2024高考物理总复习大一轮教师用书word（老教材，人教版）

实验六　验证机械能守恒定律 ◆数据处理 　方法一：利用起始点和第n点计算 代入ghn和v，如果在实验误差允许的情况下，ghn＝v，则验证了机械能守恒定律． 　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v－v的值． (3)在实验误差允许的情况下，若ghAB＝v－v，则验证了机械能守恒定律． 　方法三：图象法 从纸带上选取多个点，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v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2－h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． ◆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ΔEp＝mghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力． ◆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、密度大的材料． 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．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． 热点一　实验原理与实验操作 [典题例析] [典例1]　利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验． 甲 (1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的　________　. A．动能变化量与势能变化量 B．速度变化量与势能变化量 C．速度变化量与高度变化量 (2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是　________　. A．交流电源　 B．刻度尺　　C．天平(含砝码) (3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带．在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC. 已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝　________　，动能变化量ΔEk＝　________　. 乙 (4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是　________　. A．利用公式v＝gt计算重物速度 B．利用公式v＝计算重物速度 C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法 (5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2－h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒．请你分析论证该同学的判断依据是否正确． [解析]　(1)根据机械能守恒定律可得mgh＝mv2－0，故需要比较动能变化量与势能变化量，A正确． (2)电磁打点计时器使用的是交流电源，故A正确；因为在计算重力势能变化量时，需要用到纸带上两点之间的距离，所以还需要刻度尺，故B正确；根据mgh＝mv2－0可得等式两边的质量抵消，故不需要天平，C错误． (3)重力势能改变量为Ep＝mghB，由于下落过程中是匀变速直线运动，所以可得B点的速度为vB＝，所以ΔEk＝mv＝m2. (4)实验过程中存在空气阻力，纸带运动过程中存在摩擦力，C正确． (5)该同学的判断依据不正确，在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据mgh－fh＝mv2－0⇒v2＝2h可知，v2－h图象就是过原点的一条直线．要用通过v2－h图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g. [答案]　(1)A　(2)AB　(3)－mghB m2　(4)C　(5)见解析 [跟踪训练] 1．(2021·浙江卷，17(1))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． 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