第5章 实验6 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(老高考)人教版

　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________(选填“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________。 [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·天津高三上学期期末)“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，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．(2023·四川宜宾高三模拟)某研究小组用图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”。 甲　　　　　　　　　　　乙 (1)供实验选择的重物有以下四个，最优选择为________； A．质量为10 g的砝码 B．质量为20 g的木块 C．质量为50 g的塑料块 D．质量为50 g的钩码 (2)若打点计时器的频率是50 Hz，根据图乙所示纸带上的测量数据，可得出打B点时重物的速度为________m/s，已知O为初始速度为零的点，则根据(1)可知重物从O→B重力势能的减少量Ep不完全等于Ek的原因是________；(均保留两位小数) (3)研究小组的同学反思所做的实验后发现误差较大，操作也不便，于是在老师的指导下利用图丙所示的DIS实验装置对验证机械能守恒定律实验进行改进。 丙　　　　　　　　　　丁 (ⅰ)改进后的DIS实验装置结构简图如图丁所示，主要由光电门与轻质摆杆组成单摆绕O点转动。实验时，质量为m的光电门从M点由静止下摆，依次经过6个宽度为d的遮光片，光电门摆至左边海绵止动阀处被卡住不再回摆。