方法06 利用不同的物体组成的系统验证机械能守恒定律的分析与处理方法（方法总结+练习巩固）--【实验攻略】备战2024年高考物理实验方法大全

方法06 利用不同的物体组成的系统验证机械能守恒的分析与处理方法 1. 不同系统验证机械能守恒定律的分析（不考虑阻力） 类型 只有重力做功 重力和弹力做功 装置图 已知条件 重物质量m，滑块质量M、P1 、P2间的距离为l，遮光条宽度d，遮光时间△t 两重物质量m1 <m2 钩码质量m，弹簧原长 L0，弹簧释放时长度L 选择研究对象 滑块与重物组成的系统 两重物组成的系统 弹簧和钩码组成的系统 条件转化 经过光电门时的速度为 在纸带上选取一点作为初始位置，若取点n作为末位置，则：末速度，高度差 验证守恒的表达式 =（+） - = 2. 机械能守恒与能量守恒定律的应用 类型 实验装置 条件分析 特点 机械 能守 恒定 律的 应用 利用机械能守恒定律测量重力加速度h 下降的高度：h 小球的直径：d 小球经过光电门的时间：△t 通过光电门的速度： 整个过程中只有重力做功，因此下降过程机械能守恒， 即：△Ep=△Ek，即有 能量 守恒 定律 的应 用 探究或测量弹簧的弹性势能 滑块的质量：m 弹簧的压缩量：x 滑块运动的距离：x+L 遮光片的宽度：d 滑块通过0点的速度： 摩擦力大小：f=ma，其中 整个过程中，摩擦力做负功，弹簧弹力做正功，根据能量守恒定律可知，弹簧的弹性势能转化为摩擦力做的功，即 测量碰撞导致的机械能损失 小球的质量：m 小球的直径：d 小球通过光电门的速度：、 小球的动能： 整个过程中只有重力做功，但碰撞后损失部分机械能，根据能量守恒定律，碰撞过程中损失的机械能为动能的减少量，即： 1．（2022·河北·统考高考真题）某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，实验装置如图1所示。弹簧的劲度系数为k，原长为L0，钩码的质量为m。已知弹簧的弹性势能表达式为，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为g。 （1）在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为L。接通打点计时器电源。从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T（在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点）。从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为 ，钩码的动能增加量为 ，钩码的重力势能增加量为 。 （2）利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系，如图3所示。由图3可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是 。 2．（2023上·重庆梁平·高三统考阶段练习）“验证机械能守定律”的实验有许多实用方案，下面给出常见的种实验装置图。 （1）图甲中，释放纸带前，正确的操作方式是 。 A （2）图乙中，将拉力传感器固定在天花板上，不可伸长细线一端连在拉力传感器上的O点，另一端系住可视为质点的钢球。开始钢球静止于最低位置，此时拉力传感器示数为，重力加速度为g，将钢球拉至细线与竖直方向成角处无初速释放，拉力传感器显示拉力的最大值为F，将钢球拉至细线与竖直方向不同角静止释放，记下拉力传感器最大示数F，并作出图像，如果钢球的机械能守恒，下列图像合理的是 。 （3）丙图中，气导轨上质量为M的滑块通过轻质滑轮与质量为m的钩码相连，绳子的悬挂点与拉力传感器相连，滑块上遮光条宽度为d、滑块静止时遮光条中心到光电门中心的距离为L，实验时，滑块由静止释放，测得遮光条通过光电门的时间为，拉力传感器的读数为F，不计滑轮轴、滑轮与轻细绳之间的摩擦。则满足关系式 （用已知量符号表示）时，运动过程中系统机械能守恒。 3．（2023·甘肃张掖·高台县第一中学校考模拟预测）如图（a），轻质动滑轮下方悬挂物块A，轻质定滑轮下方悬挂物块B，悬挂动滑轮的线竖直且不计重力。某同学利用手机和此装置验证机械能守恒定律，实验步骤如下：    （1）用天平分别测出物块A、B质量m、M。 （2）用毫米刻度尺测出释放前物块B距离地面的高度h。 （3）打开手机录像功能，然后释放物块B，录下物块B下落过程，通过录像测得物块B的下落时间t；计算得到物块B落地时速度v= 。若物块A、B组成的系统机械能守恒，则应满足的表达式为 。（用m、M、h、t、g表示） （4）改变释放高度h重复上述实验过程。根据实验数据作出h-t2图像如图（b）所示，计算得图线斜率为k。若系统机械能守恒，应满足k= ；请指出可能造成本实验误差的原因（至少两条）