第四章 实验5 验证机械能守恒定律-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮复习讲义（新教材，鲁科版）

实验5　验证机械能守恒定律 一、实验目的 验证机械能守恒定律。 二、实验原理 通过实验,求出做自由落体运动的物体重力势能的减少量和相应过程动能的增加量,若二者相等,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒 定律。 三、实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物(带夹子)、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线。 四、实验步骤 1.安装置:按实验原理图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。 2.打纸带:将纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5次实验。 3.选纸带 (1)方案一:利用起始点和第n点,用mgh=m来验证,应选点迹清晰且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。 (2)方案二:任取两点A、B,用m-m=mgΔh验证时,只要A、B之间的点迹清晰即可选用。 五、误差分析 1.测量误差:减小测量误差的方法,一是测下落距离时都从0点量起,用刻度尺一次将所打各点对应的下落高度测量完,二是多测几次取平均值。 2.系统误差: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增必定稍小于重力势能的减少量ΔEp减,改进办法是调整安装的器材,尽可能地减小阻力。 六、注意事项 1.安装打点计时器时要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直平面内,以减少摩擦阻力。 2.应选用质量大、体积小、密度大的重物。 3.应先接通电源,让打点计时器正常工作后,再松开纸带让重物下落。 4.测重物下落的高度h应用刻度尺直接测量,计算某时刻的瞬时速度时应用vn=,不能用 vn=或 vn=gt来计算。 考点一　基础性实验 [例1] [实验原理与操作] 利用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验。 (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.速度变化量与势能变化量 C.速度变化量与高度变化量 (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　　　。(多选) 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,得到如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,重物的重力势能减少量ΔEp=　　　　,动能增加量ΔEk=　 。 (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.空气阻力和摩擦力的影响 D.没有采用多次实验取平均值的方法 (5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒,在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2h图像,并做如下判断:若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒。该同学的判断是否正确:　　　　(选填“正确”或“不正确”)。  (1)在利用重物下落的纸带“验证机械能守恒定律”的实验中,不需要测出重物质量,只要比较和ghn是否相等。 (2)应用v2h图像验证机械能守恒定律时,得到的图线应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。 (3)如果验证任意两个计数点间重力势能的减少量与动能的增加量是否相等时,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。 [例2] [数据处理与误差分析] 如图甲,打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验证机械能守恒 定律。 (1)某同学列举实验中用到的实验器材为:铁架台、打点计时器、纸带、秒表、交流电源、导线、重锤、天平。其中不必要的是　　　　　　。  (2)在一次实验中,质量为1 kg的重物自由下落,在纸带上打出一系列的点,如图乙所示。若纸带相邻两个点之间时间间隔为0.02 s,从起点O到打下计数点B的过程中,重力势能减少量ΔEp=　　　　J,此过程中物体动能的增加量ΔEk=　　　J(g取9.8 m/s2,结果均保留2位有效数字);通过计算,数值上ΔEp　 　　(选填“>”“=”或“<”)ΔEk,这是因为　 。  (3)如果以为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出的图线应是下图中的　　　。  数据处理和误差分析 (1)求瞬时速度:由公式vn=可以计算出重物下落h1、h2、h3、…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3、…。 (2)因纸带与限位孔间的摩擦力及空气阻力做负功,重物的机械能不守