16.验证机械能守恒定律-2023-2024学年高一物理下学期同步培优练（教科版2019必修第二册）

第16讲　验证机械能守恒定律 16.1考点精析 考点一　教材原型实验 例1 如图1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)。 图1 (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。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3位有效数字)。 (2)利用实验时打出的纸带，测量出各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、以v2为纵轴作出如图丙所示的图线，图线的斜率近似等于________。 A.19.6 B.9.80 C.4.90 图线未过原点O的原因是_____________________________________。 跟踪训练 1.在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图2甲所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示。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。 图2 (1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是________________________________________________________________________________________。 (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|ΔEp|＝________J、C点的动能EkC＝________J(计算结果均保留3位有效数字)。 (3)比较EkC与|ΔEp|的大小，出现这一结果的原因可能是________。 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 考点二　创新实验 1.速度测量方法的创新 2.研究对象的创新 从单个物体创新为两个物体组成的系统，验证系统在某一过程机械能守恒。 例2 用如图3甲所示的实验装置验证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。图丙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)，所用电源的频率为50 Hz。已知m1＝50 g、m2＝150 g，则：(结果均保留2位有效数字) 图3 (1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________m/s。 (2)在打下0点到打下计数点5的过程中系统动能的增加量ΔEk＝________J，系统重力势能的减少量ΔEp＝________J(当地的重力加速度g取10 m/s2)。 (3)若某同学作出v2－h图像如图乙所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2。 考点三　拓展实验——含弹簧的机械能守恒 例3 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4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E＝kx2，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。 图4 (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5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________。 图5 (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6所示。由图可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。 图6 跟踪训练 2.某兴趣小组的同学计划“验