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)广东专版

　验证机械能守恒定律 教材原型实验　 1．用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，可输出交流电和直流电。重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。 (1)下列几个操作步骤中： A．按照图示，安装好实验装置 B．将打点计时器接到电源的“交流输出”上 C．用天平测出重锤的质量 D．先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点 E．测量纸带上某些点间的距离 F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 没有必要的是________，操作错误的是________。(填步骤前相应的字母) (2)在使用质量为m的重锤和打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，在选定的纸带上依次取计数点如图所示，纸带上所打的点记录了重锤在不同时刻的位置，那么纸带的________(填“左”或“右”)端与重锤相连。设打点计时器的打点周期为T，且“0”为打下的第一个点，当打点计时器打点“3”时，重锤的动能表达式为________，若以重锤的运动起点“0”为参考点，当打点“3”时重锤的机械能表达式为________。(重力加速度大小为g) [解析]　(1)在此实验中不需要测出重锤的质量，所以选项C没必要；在实验时应该先接通电源，再释放重锤，所以选项D错误。 (2)因为是自由落体运动，下落的距离应该是越来越大，所以纸带最左端与重锤相连。 打点“3”时的瞬时速度v3＝ 重锤动能的表达式 Ek＝mv＝m＝ 重锤重力势能的表达式Ep＝－mgx3 重锤机械能的表达式 E＝Ep＋Ek＝－mgx3＋。 [答案]　(1)C　D　(2)左　Ek＝　E＝－mgx3＋ 2．(2022·广东江门联考)“落体法”是验证机械能守恒定律的主要方法之一(如图甲)，某次操作得到了如图乙所示的纸带，已知打点周期为T，重锤的质量为m，重力加速度大小为g，依次测出了各计时点到第一个计时点O的距离如图中所示，请回答下列问题： 甲 乙　　　　　　　　　　丙 (1)打A点时重锤的速度表达式vA＝________。若已经计算出A点和E点的速度分别为vA、vE，并且选取A到E的过程进行机械能守恒定律的验证，则需要验证的关系式为________。 (2)如果某次实验时，发现重力势能的减小量比动能的增加量大很多，出现这种现象的原因可能是________(填序号)。 A．重物质量测量得不准确 B．因为阻力的作用，所以实验误差很大，但也能验证机械能守恒定律成立 C．打点计时器两个限位孔不在同一条竖直线上，摩擦力或阻力太大导致的 D．实验时出现了先放纸带，后接通电源这样的错误操作导致的 [解析]　(1)根据某段时间内中间时刻的速度等于这段时间的平均速度知，A点速度为vA＝； 从A到E过程，重力势能减少量为ΔEp＝mghAE＝mg(h4－h1)，其动能增加量为ΔEk＝mv－mv，若机械能守恒则有ΔEp＝ΔEk，化简得g(h4－h1)＝×(v－v)。 (2)在该实验中，由于摩擦力、空气阻力等阻力的存在，重锤减小的重力势能总是稍稍大于重锤动能的增加量；若重锤减小的重力势能比重锤动能的增加量大得多，就要考虑阻力太大的原因。验证机械能守恒的式子为gh＝v2，与质量无关，故A错误；若阻力作用很大，应出现重力势能的减小量比动能的增加量大得多，但不能验证机械能守恒定律成立，故B错误；若两限位孔不在同一条竖直线上，纸带和限位孔的阻力过大，会造成重力势能的减小量比动能的增加量大很多，故C正确；若先释放纸带，后接通电源会出现计算动能增加量大于重力势能减少量，故D错误。 [答案]　(1)　g(h4－h1)＝v－v　(2)C 3．(2022·广东肇庆市高三下学期3月第二次统一测试)用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出多条纸带，选出一条点迹清晰的纸带，在纸带上某段选取连续打下的五个点，记为O、A、B、C、D，每连续的两点之间的时间间隔相等，用刻度尺测量O到A、B、C、D的距离分别为h1、h2、h3、h4，打点计时器使用的电源频率为f。测得重锤的质量为m。打C点时重锤的速度vC＝________，此时重锤的动能比A点的动能增加了ΔEk＝________，此时若关系式ΔEk＝________，则可验证机械能守恒定律成立，已知重力加速度为g。(均用题中已知物理量的字母表示) [解析]　利用中间时刻的速度等于平均速度，得到vC＝BD＝＝ A点的速度为vA＝OB＝＝ 相比于A动能增加了ΔEk＝mv－mv＝ 若关系式ΔEk＝mg(h3－h1)成立，则可验证机械能守恒定律成立。 [答案]　　　mg(h3－h1) 拓展创新实验　 　实验器材创新 [典例1]　某同学做验证机械能