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（粤教版 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156页 1．实验目的 验证机械能守恒定律。 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157页 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 典例1　(2023·广东肇庆联考)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________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)已知交流电频率为50 Hz，重物质量为200 g，当地重力加速度g＝9.80 m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|＝________J，C点的动能EkC＝________J。(计算结果均保留三位有效数字) (3)比较EkC与|ΔEp|的大小，出现这一结果的原因可能是________________________________________________________________________。 A．工作电压偏高 B．存在空气阻力和摩擦力 C．接通电源前释放了纸带 [解析]　(1)在做“验证机械能守恒定律”实验时重物所受阻力越小越好，因此密度大的重物，阻力与重力之比更小。 (2)由图中可知OC之间的距离为xOC＝27.90 cm，因此重物重力势能变化量的绝对值为|ΔEp|＝mgxOC＝0.2×9.8×0.279 0 J＝0.547 J；匀变速直线运动的时间中点的速度等于这段时间的平均速度，则vC＝＝ m/s＝2.425 m/s，因此C点的动能为EkC＝mvC2＝×0.2×2.4252 J＝0.588 J。 (3)工作电压偏高不会影响实验的误差，存在摩擦力会使重力势能的减少量大于动能的增加量，只有提前释放了纸带，纸带的初速度不为零，下落到同一位置的速度偏大才会导致动能的增