精品解析：6.7 实验 验证机械能守恒定律（讲）-2024届高考物理一轮复习

第六章 机械能守恒定律 实验　验证机械能守恒定律 1.实验原理 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。 2实验器材 打点计时器、交变电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、导线。 3.实验过程 （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）纸带。 （3）选纸带：从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带。 （4）进行数据处理并验证。 4.数据处理 （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）验证守恒 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。 注意：应选取最初第1、2两点间距离接近2 mm的纸带（电源频率为50 Hz）。 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 测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算对应速度v，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。 5.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，以减小摩擦阻力。 （2）重物应选用质量大、体积小、密度大的。 （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：某时刻的瞬时速度的计算应用vn=，不能用vn=或vn=gt来计算。 （5）此实验中不需要测量重物的质量。 考点一　教材原型实验 典例精析 变式巩固 【例题】　 1. 如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。（g取9.80 m/s2） (1)选出一条清晰的纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流。用分度值为1 mm的刻度尺测得OA＝12.41 cm，OB＝18.90 cm，OC＝27.06 cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1.00 kg。甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了________J；此时重锤的速度vB＝________m/s，此时重锤的动能比开始下落时增加了________J。（结果均保留三位有效数字） (2)某同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、以v2为纵轴作出了如图丙所示的图线，图线的斜率近似等于________； A．19.6 B．9.8 C．4.90 图线未过原点O的原因是________。 【变式题】 2. 用如图1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，输出电压有交流电和直流电两种重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律． 下列几个操作步骤中： A.按照图示，安装好实验装置； B.将打点计时器接到电源的“交流输出”上； C.用天平测出重锤的质量； D.先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点； E.测量纸带上某些点间的距离； F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势是否等于增加的动能． 没有必要的是______，操作错误的是______填步骤前相应的字母 使用质量为m的重锤和打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，在选定的纸带上依次取计数点如图2所示，纸带上所打的点记录了物体在不同时刻的位置，那么纸带的______端填“左”或“右”与重物相连设打点计时器的打点周期为T，且O为打下的第一个点当打点计时器打点“3”时，物体的动能表达式为______，若以重物的运动起点O为参考点，当打第点“3”时物体的机械能表达式为______． 【例题2】 3. 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