第08讲 机械能守恒定律（第22课时）-【学考复习】2024年高中物理学业水平考试必备考点归纳与测试（江苏专用）

第08讲 机械能守恒定律 第二十二课时 实验：验证机械能守恒定律 能独立操作用打点计时器验证机械能守恒定律。 考点五十、探究实验：用打点计时器验证机械能守恒定律 1．实验原理：在只有重力作用的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总机械能守恒。 若物体由静止下落高度h时，其瞬时速度为v，则重力势能的减小量为mgh，动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。 【典型题例1】用如图（甲）实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图（乙）给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知m1＝50g，m2＝150g，打点计时器工作频率为50Hz，则（g取10m/s2，结果保留两位有效数字） （1）纸带上打下计数点5时的速度v＝_____m/s； （2）在打0～5的过程中系统动能的增量ΔEk＝_____J，系统势能的减少量ΔEp＝_____J，由此得出的结论是________。 （3）若某同学作出v2－h图象如图（丙）所示，则当地的重力加速度g′＝________m/s2。 【典型题例2】某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50Hz，重力加速度g取9.8m/s2。 （1）重物在2点的速度v2＝________，在5点的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________。由以上可得出实验结论是________。 （2）根据实验判断下列图中正确的图象是（其中ΔEk表示物体动能的变化量，Δh表示物体下落的高度） 2．实验器材：铁架台（带铁夹），打点计时器，重锤（带纸带夹子），纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻度尺。除了上述器材外，还必须有学生电源（交流4～6V）。 注意：重锤应选体积小、质量大者，以减少空气阻力的影响。又因无需测其质量，所以本实验不用天平。 3．实验步骤 （1）按图（甲）装置竖直架稳打点计时器，并用导线将打点计时器接在4～6V交流电源上。 （2）将长约1m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方。 （3）接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点。 （4）换几条纸带，重复上面的实验。 （5）在取下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。先记下第一点0的位置，再任意取五个点1，2，3，4，5，用刻度尺测出距0点的相应距离，如图（乙）所示。 （6）计算出各点对应的瞬时速度v1，v2，v3……。 （7）计算各点对应的势能减少量mghn并和动能增加量mv进行比较。 【典型题例3】某同学利用重物自由下落来“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲。 （1）请指出实验装置中存在的明显错误：_________。 （2）进行实验时，为保证重物下落时初速度为零，应________（选填“A”或“B” ）。 A．先接通电源，再释放纸带 B．先释放纸带，再接通电源 （3）根据打出的纸带，选取纸带上连续打出的1、2、3、4四个点如图乙所示。已测出点1、2、3、4到打出的第一个点O的距离分别为h1、h2、h3、h4，打点计时器的打点周期为T。若代入所测数据能满足表达式gh3＝_____，则可验证重物下落过程机械能守恒（用题目中已测出的物理量表示）。 【典型题例4】“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示采用重物自由下落的方法： （1）实验中，下面哪种测量工具是必需的________。 A．天平 B．直流电源 C．刻度尺 D．秒表 （2）已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，所用重物的质量为200 g。实验中选取一条符合实验要求的纸带如下图所示，O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点。 计算B点瞬时速度时，甲同学用v＝2gxOB，乙同学用vB＝，其中所选方法正确的是________（选填“甲”或“乙”）同学，由此求得打B点重物速度vB＝______m/s。（结果保留三位有效数字） （3）实验中，发现重物减少的势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的主要原因是_____。 4．数据处理 （1）求瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3…再根据公式vn＝，计算