(配套教参)第五章 机械能守恒定律-【精彩三年·高考尖峰】2024高考总复习物理一轮复习基础拓展训练教师用书word+课件PPT（浙江专用）

实验6　验证机械能守恒定律 (见学生用书P101) 一、实验原理 二、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平面内，以减小摩擦阻力。 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．操作顺序：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．误差分析：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＝mv必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。 类型一　实验原理与实验操作 本实验是利用自由落体运动验证机械能守恒定律，测出物体下落的高度及初、末位置的速度是实验的关键，操作上注意三点： (1)重物要靠近打点计时器。 (2)纸带要保持竖直。 (3)先接通电源再放开纸带。 例题　用图甲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，输出电压为8 V的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，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．按照图甲所示的装置安装器件 B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上 C．用天平测出重锤的质量 D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带 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能是否等于增加的动能 其中没有必要进行的步骤是__C__，操作不当的步骤是__B__。 (2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图乙所示，使用电源的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式为a＝____。(用x1、x2、x3、x4及f表示)。 【解析】 (1)步骤C没有必要进行，重锤的质量不需要测量，因为等式mgh＝mv2两边把质量约掉了；打点计时器使用的是低压交流电源，所以步骤B是错误的。 (2)为了减小实验误差，可以采用逐差法求加速度，x4－x2＝2a1T2，x3－x1＝2a2T2，T＝，解得a＝＝。 类型二　数据处理 1．速度计算 计算速度必须用v＝，要注意两个误区。 (1)本实验要验证机械能守恒定律，不能用该定律的推导式v＝求速度。 (2)要用实验数据求速度，不能用理论推导式v＝gt求速度。 2．处理实验数据的方法 (1)本实验可以采用图像法验证机械能守恒定律。通过图像验证机械能是否守恒，要根据机械能守恒定律写出图像对应的函数表达式，弄清图像斜率的物理意义，如v2­h图像、v2­2h图像，根据图像计算出重力加速度，计算结果与当地重力加速度比较，根据两者是否在误差允许的范围内相等判断机械能守恒定律是否成立。 (2)本实验也可以利用计算法验证机械能守恒。利用计算法需要知道当地的重力加速度，通过计算重力势能的减少量与动能的增加量是否相等验证机械能守恒定律。 例题　2021·浙江6月选考在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用图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，对于体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的重物的理由是__阻力与重力之比更小(或其他合理解释)__。 (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＝__0.547(0.542～0.550均正确)__J，重物在C点的动能E kC＝__0.588(0.570～0.596均正确)__J(计算结果均保留三位有效数字)。比较E kC与的大小，出现这一结果的原因可能是__C__。 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，阻力越小越好，因此选择密度大的重物，阻力与重力之比更小。 (2)由题图2可知O、C之间的距离为xOC＝27.90 cm，因此重力势能的减少量为＝mgxOC＝0.2×9.8×0.279 0 J≈0.547 J。 匀变速运动时间中点的速度等于这段时间的平均速度，因此vC＝＝ m/s＝2.425 m/s，因此动能的增加量为EkC＝mv＝×0.2×2.4252 J≈0.588 J。 由以上数据可以看出|ΔEp|＜ΔEkC，工作电压偏高不会影响实验的误差；存在空气阻力和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0，重物下落到同一位置的速度偏大才会导致动能的增加量大于重力势能的减少量。 类型三　同类实