第五章 实验六　验证机械能守恒定律-【创新思维】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（人教版 老教材 老高考）

实验六　验证机械能守恒定律 授课提示：对应学生用书第148页 授课提示：对应学生用书第149页 热点一　教材原型实验 　实验原理与操作 1．打点计时器要竖直：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．重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。 3．一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落。 　利用图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”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．动能变化量和势能变化量 B．速度变化量和势能变化量 C．速度变化量和高度变化量 (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，还必须使用的两种是________。 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，重物的重力势能变化量ΔEp＝________，动能变化量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．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法 [解析]　(1)验证机械能守恒定律原理是看减少的重力势能和增加的动能是否相等，所以需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量和势能变化量，故选A。 (2)电磁打点计时器使用低压交流电源，需选用刻度尺测出纸带上任意两点间的距离，表示重物下落的高度，等式两边都含有相同的质量，所以不需要天平称质量，故选A、B。 (3)根据功能关系，重物的重力势能变化量的大小等于重力做功的多少，打B点时重物的重力势能变化量ΔEp＝－mghB，B点的速度vB＝，所以动能变化量ΔEk＝mv2＝。 (4)由于纸带在下落过程中，重物和空气之间存在阻力，纸带和打点计时器之间存在摩擦力，所以减小的重力势能一部分转化为动能，还有一部分要克服空气阻力和摩擦阻力做功，故重力势能的减少量大于动能的增加量，故选C。 [答案]　(1)A　(2)AB　(3)－mghB　　(4)C 　数据处理与误差分析 　在利用竖直上抛运动做“验证机械能守恒定律”实验时，某同学利用频闪相机记录下了小球竖直上抛的一段上升过程，如图甲所示。把小球的第一个曝光位置记为O，依次标为a、b、c、d、…，与位置O的距离分别为h1、h2、h3、h4、…，频闪相机电源的频率为f，重力加速度为g。 (1)通过实验测得的数据可分别计算出各点的速度大小，小球在位置a时的速度计算表达式va＝________。 (2)根据实验数据作出v2h图线如图乙中的图线①所示，若图线①的斜率为k，如果在误差允许范围内满足________，则验证了机械能守恒定律。 (3)考虑实验中存在空气阻力的影响，另有两名同学在图乙的基础上又各画了一条没有空气阻力时的图线②③，其中合理的图线是________。 [解析]　 (1)通过a点时小球的瞬时速度等于Ob过程中的平均速度，即va＝＝。 (2)根据机械能守恒定律有：－mgh＝mv2－mv02，得v2＝v02－2gh，故v2h图象是不过原点的一条直线，直线的斜率 k＝－2g。 (3)上升过程，没有空气阻力时，加速度较小，故v2h图象的斜率较小，图象应如图乙中③所示。 [答案]　(1)　(2)k＝－2g　(3)③ 热点二　实验拓展与创新 　实验方案的改进 　如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示。 (1)实验时，该同学进行了如下操作： ①将质量均为M(A的含挡光片，B的含挂钩)的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出________(选填“A的上表面”“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h； ②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统(重物A、B以及物块C)中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt； ③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律。 (2)如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为________________(已知重力加速度为g)。 (3)引起该实验系统误差的原因有_______________________________________________ __________________