20届高考物理一轮复习 第5章 实验六 验证机械能守恒定律

2222BA2222BA实验六

验证机械守恒定律．实验目的验证机械能守恒定律．．实验原理(如图1所)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对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．图．实验器材打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架带铁)、导线．．实验步骤安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器电源相连．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，让重物自由下落打计时器就在纸带打出一系列的点，取下纸带上的纸带重打几条(～5条)纸带．选纸带：分两种情况说明①若选第点到落到某一点的过程，即用mgh＝来验证，应选点迹清晰，且第1、两间距离接近2mm纸带电源频率为50Hz)．1②用v－v＝mg验时，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即可．．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．

knn1Tnnn222nnnn22BA22ABBA2222knn1Tnnn222nnnn22BA22ABBA2222．误差分析测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从点量起，一次将各打对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值．系统误差于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功动能的增加量Δ＝m

2

必定稍小于重力势能的减少量ΔE＝mgh，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻．p．注意事项打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位在同一竖直线上，以减少摩擦阻力．重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．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－h测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用＝，能用＝gh或＝gt来算．．验证方案方案一：利用起始点和第n计算1代入mgh和v如在实验误差允许的范围内mgh和m相则证了机械能恒定律．方案二：任取两点计算任取两点、，出，出ABAB算出m－m的．在实验误差允许的范围内，若mgh＝v－m，验证了机械能守恒定律．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v

，然后以为轴，以h为轴，根据实验数据作v－h图．若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g直线，则验证了机械能守恒定律．

2222命点

教原实例1(2018·广省湛江第二次模)如图示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律．该装置中的打点计时器所接交流电源频率是50Hz.图对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的．A精确测量出重物的质量B．限位孔在同一竖直线上C．物选用质量和密度较大的金属锤D．放物前，重物离打点计时器下端远些按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分画出，如3所示．纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点．图①重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________．A、OB和的度B．、和的度C．、BF长度D．AC和长度②用刻度尺测得图中AB的离是1.76cm的离是3.71则可得当地的重力加速度是_______m/s.(计算结果保留三位有效数字答案解析

(1)BC(2)BD②(1)因为在实验中比较的是、v的小关系，故可约去，不需要测量重物的质量，对减小实验误差没有影响，A错．为了减小纸带与限位孔之间的摩擦，实验装置

222222222222中两限位孔必须在同一竖直线上，从而减小实验误差，故正．验选择的重物应该选相对质量较大、体积较小的物体，这样能减少摩擦阻力的影响，从而减小实验误差，C确．释放重物前，为更有效地利用纸带，重物离打点计时器下端近些，D错．①当知道、OB和的长度时，无法算出任何一点的速度，故A符合题意；当知道、和EF的度时，利用DEEF的度以求出的速度，从而求出点到E点的能变化量，知道OE的度，可以求出O点点重力势能的变化量，可以验证机械能守恒，故B合题意；当知道、BF和的度时，由、BF的度以出E点的速度，但无法求出G的速度，故无法求出到点的动能变化量，故C不合题意；当知道BFEG的度时，可以分别求出B和F点速度，从而求B到F点动能变化量，知道的度，可以求出到点力势能的变化量，可以验证机械能守恒，故D符题意．－AB－1.76②根据h，解得g＝＝×T5×0.02

－＝m/s变式1

某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔.05s闪一次如标数据为实际距离该同学通过计算得到不时刻的速度如下表当地重力加速度取m/s，小球质量＝0.2，结果保留位有效数字图时刻速度()

t2

t3

t4

t5由频闪照片上的数据计算t时小球的度v＝________；5从t到t时间内，重力势能的增加量ΔE＝J，动能的减少量E＝________；2k在误差允许的范围内，若ΔE与近相等，即验证了机械能守恒定律．由上述计算得pk

×0.05522ppk225k×0.05522ppk225kΔE________(填”“<”或“＝)E造成这种结果的主要原因pk答案

(1)3.48存在空气阻力解析

16.14＋(1)＝×

－m/s＝3.48m/s.重力势能的增加量EΔh代入数据可得ΔE≈1.24动能减少量为Δ≈v－m，入数据可得ΔE≈J.由计算可得ΔE<ΔE，主要是由于存在空气阻力．pk命点实验新类型实验置的创新例2(2018·广省东莞市上学期期末质)同学利用如图5甲示的气导轨装置验证系统机械能守恒，在气垫导轨上安装了两个光电门、2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连．图用分度游标卡尺测量遮光条宽度d如乙所示，遮光条宽度＝mm.实验时要调整气垫导轨水平，不挂钩码和细线，接通气源，轻推块从轨道右端向左运动的过程中，发现遮光条通过光电门的时间大于通过光电门1的间．以下能够达到调整气垫导轨水平的措施是选填相应选项前的符号A调节旋钮P使道端升高一些B．光条的宽度增大一些C．块的质量增大一些D．源供气量增大一些调整气垫导轨水平后，挂上细线和钩码进行实验，测出光电门1间的距L.遮光条的宽度，滑块和遮光条的总质量，码质量m由数字计时器读出遮光条通过光电门、2

12122tt12t1t2t122t212122tt12t1t2t122t222tt12的时间t、t，则遮光条通过光电门时瞬速度的表达式v＝；证系统机械能守恒定律成立的表达式________(题中的字母表示，当地重力加速度为g)．答案

(2)AdmgL＝(＋m)－(M)t1解析

(1)游标卡尺读数为mm×0.1mm3.8遮光条通过光电门的间小于通过光电门2时间．滑块做加速运动，也就是左低，右端高．能够达到调整气垫导轨水平的措施是调节旋钮使道左端升高一些，故答案是遮光条通过光电门时瞬时速度的表达式＝，1遮光条通过光电门时瞬时速的表达式v＝，滑块从光电门运到光电门的程2d中，滑块和遮光条及钩码整体动能的增加量是(＋)

－(＋)滑块从光电门运动到光电1的过程中，钩码重力势能减少量是mgL1验证系统机械能守恒定律成立的表达式是＝Mm)－(＋)2类型实验案的创新

例3

利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点有带长方形遮光片的滑块，其总质量为，端由跨轻质光滑定滑轮的细绳和一质量为的小球相连遮光片两条长边与导垂直轨上点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用表A点光电门B处距离b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看做滑块通过B时的瞬时速度，实验时滑块在处由静止开始运动．图某次实验测得倾角，重力加速度用g表，滑块从处达处时m和M组的系统动能增加量可表示为ΔE＝的重力势能减少量可表示为E＝________，k

222222t22252220.1×252k125p222222t22252220.1×252k125p5在误差允许的范围内，若ΔE＝E，可认为系统的机械能守恒用题中字母表)k在上述实验中，某同学改变、B间距离，作出的－d图如图乙所示，并测得＝m，则重力加速度g________m/s答案解析

M(m－)t2(1)系统动能增加量可表示为k＝(M)B＝2，系统的重力势能减少量可M表示为ΔE＝－＝(－)pM12根据机械能守恒可得－)＝(M＋)，即g＝，入数据g9.6

变式2

用如图7所示的实验装置验证、组成的系统机械能守恒从处由静止1开始下落上拖着的纸带打一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守1恒定律．如图乙给出的是实验中获取的一条纸带0是下的第一个点，相邻两计数点间还有个点(图中未标出，所用电源的频率为Hz.已知＝50g＝g则(结果均1保留两位有效数字图在纸带上打下计数点5的速度＝________m/s；在打下点到打下计数点5的程中系动能的增加量E＝，系统重力势能k的减少量＝________；当地的重力加速度g取10m/s)p若某同学作出

－h图如图丙所示，则当地的重加速度g＝

答案

(2)0.580.60(3)9.7解析

＋－(1)＝

2

＝2.4m/s.＝(m＋)－00.58J，E＝mgh＝J.

22211222202p022211222202p021由(－m)＝(m＋)，知＝，m＋1－即图线的斜率k＝＝m＋1

，解得＝9.7

命点实验展—究簧弹性能例4(2018·河省洛阳上学期期)某实验小组利用如图8甲示的实验装置探究轻质弹簧的弹性势能与形变量的关系，光滑水平桌面距地面高为h一轻质弹簧左端固定，右端与质量为的小钢球接触，弹簧处于原长时，将小球向左推，压缩弹簧段距离后由静止释放，在弹簧弹力的作用下，小球从桌子边缘水平飞出，小球落到位于水平地面的复写纸上，从而在复写纸下方的白纸点留下痕迹．已知重力加速度为g)图实验测得小球的落点PO点的距离为l那么由理论分析得到小球释放前压缩弹簧的弹性势能与、lmg之的关系式为________________；p改变弹簧压缩量进行多次实验，测量数据如下表所示，请在图乙标纸上作出－l图.弹簧压缩量x小球飞行水平距离l

0.5

1.