2024届高考物理三轮复习讲义：实验6 验证机械能守恒定律

实验6 验证机械能守恒定律 一、实验装置图 二、实验器材 铁架台、打点计时器、交流电源、纸带、重物、架子、刻度尺 三、实验步骤 1、将打点计时器竖直固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相连。打点计时器纸带夹子接电源重物 2、纸带穿过打点计时器，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）。 3、从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带。 四、数据分析 测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算对应速度v，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出v2 - h图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g。 五、误差分析 1、系统误差 ①由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差。 ②振动片振动不均匀、纸带放置方法不正确引起摩擦等。 ③打点时的阻力对纸带的运动有影响。 ④重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，动能的增加量必定稍小于势能的减少量。 2、偶然误差 ①测长度带来的误差；测距离时都从起始点量起；多测几次取平均值可减小误差。 ②计数点选择不合理、纸带选择不理想。 六、注意事项 1、组装实验装置时，重物与纸带、限位孔必须在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 2、实验时必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落。 3、纸带上端最好不要悬空提着，而要用手按在墙上，这样可保证下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是一个清晰的小点。 4、测量下落高度时，都必须从起始点算起。为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在60~80cm。 5、因不需要知道动能的具体数值，故不需要测出重物的质量m。 七、高频考点判断（下列关于“验证机械能守恒定律”的实验对的打“√”，错的打“×”） 1、选取的第一个计数点对应重物的速度可以不为零（ ） 2、纸带第一个打点的点迹不一定清晰，但选取的两个计数点需间隔4个打点（ ） 3、重物下落的高度一定用刻度尺直接测量，但速度可以用v=gt来计算（ ） 4、该实验的重物可采用较重的砝码（ ） 5、在最小刻度相同的情况下，优先选用量程较大的刻度尺（ ） 6、在验证机械能守恒定律时不需要已知当地的重力加速度大小（ ） 7、必须在接通电源的同时释放纸带（ ） 8、在验证机械能守恒定律时可以不测量重物的质量（ ） 9、为了验证机械能守恒，必须选择纸带上打出的第一个点作为起点（ ） 10、体积相同的条件下，重锤质量越大，实验误差越小（ ） 八、典型例题 【例题1】（2024年3月·嘉兴）（1）某实验小组用如图1所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。 ①除图1中器材外，还需在图2中选取的器材是__________（填字母）。 ②图3是经规范操作得到的一条纸带。O点为起始点，在纸带上选取连续打出的点A、B、C、D、E、F，则下列数据处理方法可行的是__________。 A．测出B点瞬时速度vB及BF间距hBF，计算得EB=mvB2+mghBF。同理得出EC、ED、EE。若EB、EC、ED、EE相等，则可验证机械能守恒 B．读取O、A间的时间tOA，利用vA=gtOA得A点瞬时速度vA，测出OA间距hOA。若A、B、C、D、E、F各点均满足mv2+mgh，则可验证机械能守恒 C．测出B、C、D、E点瞬时速度vB、vC、vD、vE。以A点时刻为计时起点，绘制v- t图像。若图线过原点，则可验证机械能守恒 D．测出B、C、D、E点瞬时速度vB、vC、vD、vE，及四点到O点的距离h，绘制v2- h图像。若图线斜率略小于2g，则可验证机械能守恒 （2）如图4所示是利用气垫导轨做“验证机械能守恒定律”实验的装置。 ①若气垫导轨水平放置，测出遮光条宽度d、两光电门间距l、遮光条依次通过两光电门的遮光时间t1和t2，以及滑块和遮光条总质量M，托盘和砝码总质量m。当满足关系式__________时，可验证机械能守恒。 ②实验中，气垫导轨是否必须水平放置：____（选填“是”或“否”），是否需要满足m≪M_____（选填“是”或“否”）。 【例题2】（2023年4月·浙江名校）利用如图所示装置进行“验证机械能守恒定律”实验。 （1）下列说法正确的是________。 A．该实验的重物可采用较重的砝码 B．在最小刻度相同的情况下，优先选用量程较大的刻度尺 C．在验证机械能守恒定律时不需要已知当地的重力加速度大小 （2）某次实验中打出的纸带如图所示，O点是纸带上的第一个点。若两点间有n个点，交流电的频率是f，重物的质量为m，重力加速度为g，O