实验7：验证机械能守恒定律[5年58卷8考]--【实验攻略】备战2024年高考物理必考实验讲练

实验7：验证机械能守恒定律[5年58卷8考] 类型 角度 考查要素 考查内容 教材实验：利用单个物体的不同运动验证 自由落体运动(2021.6 浙江17题) 器材选择 研究对象选择密度大的理由 数据处理 误差分析 重力势能变化量的计算；动能的计算；误差产生的原因分析 沿光滑斜面下滑运动 (2021海南15题) 基本要求 多余步骤的选择；原理式书写 数据处理 误差分析 游标卡尺的读数；速度计算；误差产生的原因 单摆运动(2022湖北12题) 数据处理 误差分析 图像斜率表示的物理量的含义及其计算； 钢球重力的计算；产生误差的原因分析 方法创新:利用不同物体组成的系统验证 弹簧系统验证(2022河 北11题) 数据处理 误差分析 弹性势能的计算，动能增量的计算，重力势能的计算；图像数据的误差分析 原理应用：机械能守恒定律的应用类实验 做功与物体速度变化的关系(5年2考) 实验步骤 实验操作规范 实验原理 数据处理 机械能守恒条件的判断；纸带的选取； 分析图像数据求解小车质量 机械能变化量与做功的关系(2021河北12题) 数据处理 重力势能变化量；绘制图像；动摩擦因数的计算 机械能的损失(2022广东11题) 实验步骤 接通打点计时器与释放小车的顺序判断 数据处理 误差分析 螺旋测微器读数；机械能损失的计算；误差的原因分析 总结： (1) 类型角度： ①利用单个物体的运动过程验证机械能守恒，包括了自由落体运动、沿斜面下滑运动及单摆运动； ②利用多个物体组成的系统（包括弹簧系统）验证机械能守恒； ③该实验还涉及探究功与速度变化的关系、机械能变化量与做功的关系及机械能的损失。 (2) 问题特点： ①基本实验要求：主要考察实验步骤、器材选取、原理式书写等； ②数据处理：利用纸带和表格计算动能及重力势能，绘制对应图像，应用公式与图像的转化能力； ③误差分析：分析误差产生的原因和减小误差的方法 考法1 基本实验要求 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相应过程动能的增加量，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、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根． 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低压电源相连． (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：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1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带． ②用mvB2－mvA2＝mgΔh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，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否小于或接近2 mm就无关紧要了． 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． 考点2 数据处理及误差分析 1． 数据处理 （1）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． （2）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． （3）方案三：图象法 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图象．若在误差允许的范围内图象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. 3．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0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． 4．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：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝，不能用vn＝或vn＝gt来计算． A. 高考真题感知 1．（2023