第5章 第6讲 实验：验证机械能守恒定律（Word教参）-【创新方案】2024高考物理一轮复习（老教材 新高考）

第六讲　实验：验证机械能守恒定律 一、基础原理与操作 原理装置图 操作要领 (1)安装：打点计时器竖直安装；纸带沿竖直方向拉直 (2)重物：选密度大、质量大的金属块，且靠近计时器处释放 (3)打纸带：让重物自由下落，纸带上打下一系列小点 (4)选纸带：点迹清晰，且所选用的点在同一条直线上 (5)速度：应用vn＝，不能用vn＝或vn＝gt计算 二、实验核心关键点 1．数据处理 (1)方案一：利用纸带上的起始点和第n点计算：验证ghn＝vn2。 (2)方案二：任取纸带上的较远两点A、B：验证ghAB＝vB2－vA2。 (3)方案三：图像法，描绘出v2-h图线。 2．误差分析 (1)减小测量误差：一是测下落距离时都从O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＝mvn2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。 考法一　实验原理与操作 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，输出电压有6 V的交流电和直流电两种。重物从高处由静止开始下落，重物拖着纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律。 (1)下面列举了该实验的几个操作步骤： A．按照图示的装置安装器材； B．将打点计时器接到电源的直流输出端上； C．用天平测出重物的质量； D．释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸带； E．测量打出的纸带上某些点之间的距离； F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。 其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤是________。 (2)在验证机械能守恒定律的实验中，若以v2为纵轴、以h为横轴，根据实验数据绘出v2-h的图像应是________________，才能验证机械能守恒定律。v2-h图像的斜率等于______________的数值。 解析：(1)打点计时器应接到电源的交流输出端上，故B错误；验证机械能是否守恒只需验证mgh＝mv2，即gh＝v2，m可约去，设有必要用天平测重物的质量，故C错误；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，故D错误。 (2)利用v2-h图线处理数据，物体自由下落过程中机械能守恒，mgh＝mv2，即v2＝gh，若以v2为纵轴、以h为横轴，画出的图线应是过原点的倾斜直线，由以上易知v2-h图线的斜率就等于重力加速度g的数值。 答案：(1)BCD　(2)过原点的倾斜直线　重力加速度g 2．如图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题。 (1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材是________。 A．刻度尺 B．停表 C．多用电表 D．交流电源 (2)下面列举了该实验的几个操作步骤，其中操作不当的步骤是________。 A．用天平测出重锤的质量 B．按照图甲所示的装置安装器件 C．先释放纸带，后接通电源 D．测量纸带上某些点间的距离 (3)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图乙所示。使用的交流电的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式为a＝________(用x1、x2、x3、x4及f表示)。 解析：(1)测量需要刻度尺，打点计时器需要用交流电源。故选A、D。 (2)该实验不需要测量重锤的质量；应先接通电源，后释放纸带。故选A、C。 (3)由Δx＝aT2得： a＝＝。 答案：(1)AD　(2)AC　(3) [关键点拨] (1)实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直，接通电源，待打点计时器工作稳定后再松开纸带。 (2)验证机械能守恒定律时，可以不测出重物质量，只要比较vn2和ghn是否相等即可验证机械能是否守恒。 (3)应用v2-h图像验证机械能守恒定律时，图线为一条过原点的倾斜直线，图线的斜率为g，此时应选打下第1、2两点间距接近2 mm的纸带。 (4)如果验证两个计数点间重力势能的减少量ΔEp与动能的增加量Ek2－Ek1是否相等时，所选的纸带只要点迹清晰即可，第1、2两点间距不一定约为2 mm。 考法二　数据处理和误差分析 3.(2021·浙江6月选考)在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图1所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图2所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。 (1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是___________________