第5章 实验7 验证机械能守恒定律-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（教科版 新教材 新高考）

实验七　验证机械能守恒定律 授课提示：对应学生用书第137页 1．实验目的 验证只有重力做功时系统的机械能守恒。 2．实验原理(如图所示) 通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。 3．实验器材 打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线。 4．实验步骤 (1)安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相连。 (2)打纸带 用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5条)。 (3)选纸带：分两种情况说明 ①若选第1点O到下落到某一点的过程，即用mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离接近2 mm的纸带(电源频率为50 Hz)。 ②用mvB2－mvA2＝mghAB验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点即可。 5．实验结论 在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒。 1．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)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＝mvn2必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力。 2．注意事项 (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线上，以减少摩擦阻力。 (2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。 (3)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。 (4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度应用vn＝来计算，不能用vn＝或vn＝gt来计算。 3．验证方案 方案一：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。 方案二：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。 方案三：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。 授课提示：对应学生用书第138页 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 典例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8 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________(将其选项对应的字母填在横线处)。 (2)在纠正上述错误后，在验证机械能守恒定律的实验中，获得若干组数据(vn2，hn)，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，故不需要用天平测重物的质量，故C没有必要进行；开始实验时，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，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会使实验产生较大的误差，故D错误。 (2)利用v2－h图像处理数据，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图像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 角度2　数据处理与分析 典例2　物理兴趣小组的同学用图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”，电源的频率为50 Hz，重锤的质量为m＝1.0 kg，重力加速度g取9.8 m/s2，他