高考物理一轮复习-实验六-验证机械能守恒定律

实验六验证机械能守恒定律一、实验目的1．掌握验证机械能守恒定律的方法。2．会用计算法或图像法处理实验数据。二、实验原理与要求[基本实验要求]1．实验原理通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。2．实验器材打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根。3．实验步骤(1)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与交流电源相连。(2)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，换上新的纸带重复上述步骤多打几条(3～5条)纸带。4．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。命题点一教材原型实验实验原理与操作[典例1]

(2021·四川四校联考)如图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置。现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平。甲乙(1)为完成实验，还需要的器材有________。A．米尺 B．0～6V直流电源C．秒表

D．0～6V交流电源(2)某同学用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，根据纸带计算出打下D点时重物的速度大小为________m/s。(结果保留三位有效数字)丙AD1.75重物的初速度为零2mm当地重力加速度的2倍易错警示实验操作3点注意(1)重物要靠近打点计时器。(2)纸带要保持竖直。(3)先接通电源再放开纸带。

数据处理与分析[典例2]

如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。(1)选出一条纸带如图乙所示，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50Hz的交流电源。用分度值为1mm的刻度尺测得OA＝12.41cm，OB＝18.90cm，OC＝27.06cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1.00kg，g＝9.80m/s2。甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打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，重锤的动能比开始下落时增加了________J。(结果均保留三位有效数字)

1.851.831.67B先释放了纸带，再接通打点计时器的电源命题点二实验创新设计实验器材创新[典例3]

某同学做验证机械能守恒定律的实验，实验装置如图甲所示。测量出光电门到放在试管夹上质量为m＝0.1kg的小铁球重心的竖直距离为x；打开试管夹，由静止释放小铁球，小球经过正下方的固定在铁架台上的光电门时，与光电门连接的传感器可以记录小铁球经过光电门的时间。(1)用螺旋测微器测得小铁球直径如图乙所示，其直径D＝________________________mm。(2)从与光电门连接的传感器上读出小铁球经过光电门的时间t＝2ms，小铁球经过光电门时的速度v＝________m/s，则小铁球经过光电门时的动能Ek＝________J。(两空计算结果均保留两位有效数字)(3)某同学多次改变光电门的位置，测量出光电门到小铁球重心的竖直距离x，并计算出小铁球经过光电门时的速度v，通过描绘v2x图像去验证机械能是否守恒。若实验中小铁球所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的v2x图像是下图中的________。8.478(8.476～8.479均可)

4.20.88A创新评价本题的创新点主要是用光电门测定小球下落到B点的速度替代利用纸带求速度。

实验设计创新[典例4]用如图甲实验装置验证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。图乙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个打下的点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示。已知m1＝50g、m2＝150g，则：(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________m/s。(2)在计数点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J。为了简化计算，g取10m/s2，则系统势能的减少量ΔEp＝________J。(3)实验结果显示ΔEp________ΔEk。2.40.5760.60>创新评价本题的创新点在于利用系统机械能守恒代替单个物体的机械能守恒。

实验目的创新[典例5]

气垫导轨是一种常用的实验仪器，它利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，此时滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。现利用气垫导轨来研究功能关系。如图甲所示，在气垫导轨的左端固定一轻质弹簧，轨道上有滑块A紧靠弹簧但不连接，滑块的质量为m，重力加速度为g。(1)用游标卡尺测出滑块A上的挡光片的宽度，读数如图乙所示，则宽度d＝________cm；(2)利用该装置研究弹簧对滑块做功的大小：某同学打开气源，调节装置，使滑块可以静止悬浮在导轨上，然后用力将滑块A压紧到P点，释放后，滑块A上的挡光片通过光电门的时间为Δt，则弹簧对滑块所做的功为____________。(用题中