7.6验证机械能守恒定律-2024年高考物理一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲 第7章 机械能 第7.6 讲 验证机械能守恒定律 【知识点精讲】 [考纲解读]　(1)会根据纸带测定下落的距离，掌握测量瞬时速度的方法。 (2)能根据实验数据得出实验结论。 (3)能对实验误差的产生原因作定性分析。 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。 【实验创新】 实验原 理的 创新 1．利用a、b两球组成的系统验证机械能守恒； 2．利用光电门测量小球的速度。 实验器 材的 创新 1．利用小球在竖直面内摆动验证机械能守恒。 2．利用光电门测量小球的速度，并进行误差分析。 实验过 程的 创新 1．用光电门测定小球下落到B点的速度。 2．结合­H图线判断小球下落过程中机械能守恒。 3．ΔEp－ΔEk随H变化的规律。 【方法归纳】 一、落体法验证机械能守恒定律的实验原理与实验操作 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。 二　数据处理及误差分析 数据处理的方法 方法一：用mv2＝mgh验证时，利用起始点和第n点计算。 方法二：用mv－mv＝mgΔh验证时，任取两点计算。 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线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。 【最新高考题精练】 1. （2022高考湖北物理）某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值和最小值。改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的图像是一条直线，如图乙所示。 （1）若小钢球摆动过程中机械能守恒。则图乙中直线斜率的理论值为_______。 （2）由图乙得:直线的斜率为______，小钢球的重力为_______N。（结果均保留2位有效数字） （3）该实验系统误差的主要来源是______（单选，填正确答案标号）。 A．小钢球摆动角度偏大 B．小钢球初始释放位置不同 C．小钢球摆动过程中有空气阻力 2．（2022·高考河北物理11，6分）某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，实验装置如图1所示。弹簧的劲度系数为，原长为，钩码的质量为。已知弹簧的弹性势能表达式为，其中为弹簧的劲度系数，为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为。 图1 （1）在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为。接通打点计时器电源。从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为（在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出点）。从打出点到打出点时间内，弹簧的弹性势能减少量为________，钩码的动能增加量为________，钩码的重力势能增加量为________。 图2 （2）利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度的关系，如图3所示。 由图3可知，随着增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是________________________。 图3 3．（10分）（2021高考新课程II卷海南卷）为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置（包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计）进行实验．此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺． （1）某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是__________； ①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字毫秒计； ②用天平测量滑块和遮光条的总质量m； ③用游标卡尺测量遮光条的宽度d； ④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l； ⑤调整好气垫导轨的倾斜状态； ⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间、； ⑦用刻度尺分别测