第五章 实验7 验证机械能守恒定律（Word教参）-【优化指导】2024高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（单选版 新教材 新高考）

实验❼　验证机械能守恒定律 一、实验器材 　打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线。 二、实验操作 1．安装：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．靠近：用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近。 3．先后：先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就会在纸带上打出一系列的点，取下纸带。 4．重复：换上新的纸带，重复实验3～5次。 三、数据记录及分析 方案1：取起始点和第n点计算，验证ghn＝vn2是否成立。 方案2：任取较远两点A、B，验证ghAB＝vB2－vA2是否成立。 方案3：描绘v2h图像，看图像是否为一条过原点且斜率为g的直线。 (1)方案1中，应选第1、2两点间距离接近2 mm 的纸带。因为若第1点的速度为零，则1、2两点间的距离h＝gt2＝×9.8×(0.02)2 m≈2 mm。 (2)因为原理式中消除了重物的质量，所以本实验不需要天平测量重物的质量。 考点一 教材原型实验(物理观念、科学探究) 角度 实验操作与注意事项 1．选取：选密度大、质量大的金属块为重物。 2．竖直：要竖直架稳打点计时器，使其两限位孔在同一竖直平面内，纸带沿竖直方向拉直，以减小摩擦阻力。 3．测量距离 (1)测下落距离时都从0点量起，一次将各点对应的下落高度测量完； (2)多测几次取平均值。 【典例1】(2022·北师大二附中模拟)某同学采用如图甲所示的装置进行“验证机械能守恒定律”实验。 (1)除了图甲装置中的器材之外，还必须从图乙中选取实验器材，其名称是 ； (2)指出图甲装置中不合理的地方(一处) ； (3)小明同学通过正确实验操作得到了如图丙所示的一条纸带，读出计数点0、4两点间的距离为 cm； (4)已知打点计时器的电源频率为50 Hz，计算得出打下计数点5时纸带速度的大小为 m/s(保留2位有效数字)； (5)在实际的测量中，重物减少的重力势能通常会 (选填“略大于”“等于”或“略小于”)重物增加的动能，这样产生的误差属于 (选填“系统误差”或“偶然误差”)。 答案：(1)刻度尺　(2)重物离打点计时器太远 (3)3.11(3.10～3.12)　(4)0.91(0.89～0.93) (5)略大于　系统误差 解析：(1)验证机械能守恒定律需要测量重物下降的高度以及重物的速度，因此需要使用刻度尺。 (2)为充分利用纸带记录实验数据，重物应尽量靠近打点计时器，而题图甲中重物离打点计时器太远。 (3)计数点0对应的读数为1．00 cm，计数点4对应的读数为4.11 cm，所以计数点0到4的距离为3.11 cm。 (4)计数点5对应的速度等于计数点4～6对应的平均速度，即v5＝ m/s＝0.91 m/s。 (5)由于阻力的存在，重物减少的重力势能略大于重物增加的动能，这种误差与人为因素无关，与实验系统本身有关，所以该误差称为系统误差。 角度 数据处理及误差分析 1．算速度 某时刻的瞬时速度：vn＝，不能用vn＝或vn＝gt来计算。 2．阻力影响：由于实验中存在阻力，故动能的增加量ΔEk＝mvn2必定稍小于重力势能的减少量mghn，所以要尽可能地减小阻力。 【典例2】(2022·江苏苏州模拟)在“验证机械能守恒定律”的实验中： (1)为了减小实验误差，应该选择图 (填“甲”或“乙”)来完成这个实验。 (2)实验中获取的一条纸带，如图丙所示，O是打下的第一个点，每相邻两计数点间的时间间隔为T，测得 OC＝h，BC＝h1＝4.00 cm，CD＝h2＝4.37 cm，已知 T＝0.02 s，则计算出C点的速度 vC＝ m/s (保留2位有效数字)；某同学认为可以用vC2＝2gh计算C点的速度，你认为他的做法 (选填 “正确”或“错误”)。 (3)该同学利用这条纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的O点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以v2为纵轴画出了如图丁所示的图线。图线明显偏离原点，我们知道这意味着O点的速度不为零，若测量和计算都没有问题，则最有可能的原因是 。 答案：(1)甲　(2)2.1　错误　(3)先放开纸带后打开电源 解析：(1)两图都要求重物竖直且由静止开始下落，题图甲松夹子的方式能很好的调整保持纸带竖直，释放时初速度为零；题图乙手提纸带不能保证绝对竖直，手的抖动等因素会让重物有初速度并增大摩擦阻力，故利用题图甲完成实验能减小实验误差。 (2)利用匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻