第5章 实验7 验证机械能守恒定律(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)江苏专用

验证机械能守恒定律 (对应学生用书第134页) 教材原型实验　 (对应学生用书第135页) 　实验原理与操作 本实验是利用自由落体运动验证机械能守恒定律，测出物体下落的高度及初、末位置的速度是实验的关键，操作上注意三点： 　(1)重物要靠近打点计时器。 (2)纸带要保持竖直。 (3)先接通电源再放开纸带。 [题组训练] 1. 甲 (2023·江苏淮安海安高级中学高三月考)利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。 (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．速度变化量和势能变化量 C．速度变化量和高度变化量 (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 [解析]　(1)验证机械能守恒定律原理是看减少的重力势能和增加的动能是否相等，所以需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量，故选A。 (2)电磁打点计时器使用低压交流电源；需选用刻度尺测出纸带上任意连点见得距离，表示重锤下落的高度；等式两边都含有相同的质量，所以不需要天平秤质量；故选AB。 (3)根据功能关系，重物的重力势能变化量的大小等于重力做的功的多少，打B点时的重力势能变化量：ΔEp＝－mghB B点的速度为vB＝ 所以动能变化量为Ek＝mv2＝。 (4)由于纸带在下落过程中，重锤和空气之间存在阻力，纸带和打点计时器之间存在摩擦力，所以减小的重力势能一部分转化为动能，还有一部分要克服空气阻力和摩擦力阻力做功，故重力势能的减少量大于动能的增加量，故C选项正确。 [答案]　(1)A　(2)AB　(3)－mghB　　(4)C 2．如图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置。现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平。 甲　　　　　　　　　　　　　乙　　 (1)为完成实验，还需要的器材有________。 A．米尺　　　　　　　　 B．0～6 V直流电源 C．秒表 D．0～8 V交流电源 (2)某同学用图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，根据纸带计算出打下D点时重物的速度大小为______m/s。(结果保留三位有效数字) (3)采用重物下落的方法，根据公式mv2＝mgh验证机械能守恒定律，对实验条件的要求是________________，为验证和满足此要求，所选择的纸带第1、2点间的距离应接近________。 (4)该同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2-h图像如图丙所示，则图线斜率的物理意义是__________________________________________________。 丙 [解析]　(1)通过打点计时器计算时间，不需要秒表，打点计时器应该与交流电源连接，需要刻度尺测量纸带上两点间的距离，故A、D正确，B、C错误。 (2)由图可知CE间的距离为x＝19.41 cm－12.40 cm＝7.01 cm＝0.0 701 m，则由平均速度公式得D点的速度vD＝＝ m/s≈1.75 m/s。 (3)用公式mv2＝mgh时，对纸带上起点的要求是重物是从初速度为零开始下落，打点计时器的打点频率为50 Hz，打点周期为0.02 s，重物开始下落后，在第一个打点周期内重物下落的高度h＝gT2＝×9.8×0.022 m≈2 mm，所以所选的纸带最初两点间的距离接近2 mm。 (4)由机械能守恒mgh＝mv2得v2＝2gh，由此可知图像的斜率k＝2g。 [答案]　(1)AD　(2)1.75　(3)重物的初速度为零　2 mm　(4)当地重力加速度的2倍 　数据处理与分析 1．速度计算 计算速度必须用v＝，要注意两个误区： (1)本实验要验证机械能守恒定律，不能用该定律的推导式v＝求速度。 (2)要用实验数据求速度，不能用理论推导式v＝gt求速度。 2．处理实验数据的方法有图像法和计算法 (1)本实验可以采用图像法验证机械能守恒。通过图像