第5章 第5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（新教材 新高考）

92 / 98 第五讲　实验：验证机械能守恒定律(重点实验) 一、理清原理与操作 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)求速度：应用vn＝，不能用vn＝或vn＝gtn计算。 二、掌握数据处理方法 方法1　利用起始点和第n点计算 代入mghn和mvn2，如果在实验误差允许的范围内，mghn和mvn2相等，则验证了机械能守恒定律。 方法2　任取两点计算 (1)任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB。 (2)算出mvB2－mvA2的值。 (3)在实验误差允许的范围内，若mghAB＝mvB2－mvA2，则验证了机械能守恒定律。 方法3　图像法 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，根据实验数据作出v2-h图像。若在误差允许的范围内图像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。 三、强化重点环节和关键能力 1．注意事项 (1)应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有： ①安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。 ②应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。 (2)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。 (3)测量下落高度时，为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在60～80 cm之间。 (4)速度不能用vn＝gtn或vn＝计算，否则犯了用机械能守恒定律验证机械能是否守恒的错误。 2．误差分析 误差 产生原因 减小误差的方法 偶然误差 测量长度带来的误差 (1)测量距离时应从计数点0量起，且选取的计数点离0点远些； (2)多次测量取平均值 系统误差 重物和纸带下落过程中存在阻力 (1)打点计时器安装稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力； (2)选用质量大、体积小的物体作重物，以减小空气阻力的影响 本实验是高考命题的常考实验，实验命题除考查计数点速度的计算外，还考查小球的质量是否需要测量、利用图像处理实验数据等，试题难度中等。 关键点一　质量是否需要测量 [考法感悟] 1．(2023·山西大学附中检测)如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置做“验证机械能守恒定律”实验。 (1)已准备的器材有打点计时器(带导线)、低压交流电源、纸带、复写纸、铁架台和带夹子的重物，此外还必需的器材是________。 A．刻度尺　　 B．秒表　 　　C．天平 (2)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．速度变化量与高度变化量 B．重力做功与重力势能变化量 C．动能变化量与重力势能变化量 D．合外力做的功与动能变化量 (3)下列关于该实验的一些说法正确的是________。 A．做实验时，要先释放重物，再接通电源 B．实验中的误差主要是由于存在空气阻力和摩擦阻力引起的 C．若某同学通过描绘v2-h图像研究机械能是否守恒，合理的图像应该是过原点的一条直线，并且该直线的斜率应约为g D．可以用v＝gt来计算重物下落的速度 (4)安装好实验装置，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图乙所示。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。设重物质量为m，当地重力加速度为g，打点计时器打点周期为T。为了验证此实验过程中机械能是否守恒，应满足下面的哪个等式________(用题中所给字母表示)。 A．8ghBT2＝(hC－hA)2 B．4ghBT2＝(hC－hA)2 C．2ghBT2＝(hC－hA)2 D．都不正确 解析：(1)已准备的器材有打点计时器(带导线)、低压交流电源、纸带、复写纸、铁架台和带夹子的重物，此外还必需的器材有毫米刻度尺；不需要天平，因为验证机械能守恒定律mgh＝mv2，两边的质量可以消掉；通过打点计时器打出的纸带可以得到运动时间，不需要秒表。故选A。 (2)要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动能变化量与重力势能变化量，如果在误差允许的范围内两者相等，就验证了机械能守恒定律。故选C。 (3)在验证机械能守恒定律的实验中，要先接通电源，再释放重物，实验中重力势能的减小量会稍大于动能的增加量，其误差原因主要是由