2025版新教材高考物理一轮复习第4章功和机械能实验5验证机械能守恒定律学案鲁科版.docVIP

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试验五验证机械能守恒定律

1．安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上以减小摩擦阻力。

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，再松开纸带让重物下落。

4．纸带长度应选用60cm左右为宜，应选用点迹清楚的纸带进行测量。

5．速度不能用vn＝gtn或vn＝eq\r(2ghn)计算，速度应从纸带上干脆测量计算。同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺干脆测量，而不能用hn＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,n)或hn＝eq\f(v\o\al(2,n),2g)计算得出。

误差

产生缘由

减小方法

偶然

误差

测量长度带来的误差

(1)测量距离时应从计数点0量起，且选取的计数点离0点远些

(2)多次测量取平均值

系统

误差

重物和纸带下落过程中存在阻力

(1)打点计时器安装稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力

(2)选用质量大、体积小的物体作为重物，以减小空气阻力的影响

考点1试验原理与试验操作

典例如图甲所示为验证机械能守恒定律的试验装置。现有器材为：带夹子的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带夹子的重物、天平。

(1)为完成试验，还须要的器材有________。

A．刻度尺

B．4～6V直流电源

C．秒表

D．4～6V沟通电源

(2)某同学用如图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02s，依据纸带计算出打下D点时重物的速度大小为________m/s。(结果保留3位有效数字)

(3)采纳重物下落的方法，依据公式eq\f(1,2)mv2＝mgh验证机械能守恒定律，对试验条件的要求是______________，为验证和满意此要求，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近________。

(4)该同学依据纸带算出了相应点的速度，作出的v2-h图像如图丙所示，则该图线斜率的物理意义是__________________。

【自主解答】

解析：(1)试验中通过打点计时器记录时间，不须要秒表，打点计时器应当与沟通电源连接，须要用刻度尺测量纸带上两点间的距离，故A、D正确，B、C错误。

(2)由题图乙可知CE间的距离为s＝19.41cm－12.40cm＝7.01cm＝0.0701m，则由平均速度公式得打下D点时重物的速度vD＝eq\f(s,2T)＝eq\f(0.0701,0.04)m/s＝1.75m/s。

(3)用公式eq\f(1,2)mv2＝mgh验证机械能守恒定律时，对纸带上起点的要求是重物是从初速度为0起先下落。打点计时器的打点频率为50Hz，打点周期为0.02s，重物起先下落后，在第一个打点周期内下落的高度h＝eq\f(1,2)gT2＝eq\f(1,2)×9.8×0.022m＝2mm，所以所选的纸带最初两点间的距离应接近2mm。

(4)由机械能守恒mgh＝eq\f(1,2)mv2，得v2＝2gh，由此可知v2-h图线的斜率k＝2g。

答案：(1)AD(2)1.75(3)重物的初速度为02mm(4)当地重力加速度的2倍

考点2数据分析与误差分析

典例(2024·武威模拟)利用图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”的试验。

(1)为验证机械能是否守恒，须要比较重物下落过程中随意两点间的________。

A．动能变更量与势能变更量

B．速度变更量和势能变更量

C．速度变更量和高度变更量

(2)试验中，先接通电源，再释放重物，得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T，设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变更量ΔEp＝________，动能变更量ΔEk＝________。

乙

(3)大多数学生的试验结果显示，重力势能的削减量大于动能的增加量，缘由是________。

A．利用公式v＝gt计算重物速度

B．利用公式v＝eq\r(2gh)计算重物速度

C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响

D．没有采纳多次试验取平均值的方法

【自主解答】

解析：(1)验证机械能守恒定律的原理是看削减的重力势能和增加的动能是否相等，所以须要比较重物下落过程中随意两点间的动能变更量与势能变更量，故选A。

(2)依据功能关系，重物的重力势能变更量的大小等于重力做功的多少，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变更量ΔEp＝－mghB，B点的速度为vB＝eq\f(hC－hA,2T)，所以动能变更量为ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(m?hC－hA?2,8