《高考备考指南 物理 》课件-实验六　验证机械能守恒定律

实验六验证机械能守恒定律(本栏目对应配套训练P49~50)知识巩固练习1.(2023年佛山一中模拟)甲、乙都是使用电磁打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置图.(1)较好的装置是(填“甲”或“乙”).

(2)某同学用关系式mgh＝12mv2来验证机械能是否守恒，他采用较好的装置进行实验，得到如图丙所示的一条完整纸带，将纸带上打出的第一个点标为A点，第二个点标为B点，后面依次类推，分别标为C、D、E、F、G、H、I，则在D点时重物运动的速度大小为____________m/s.(计算结果保留2位有效数字)(3)若当地重力加速度g＝9.80m/s2，比较重物在AD间的势能变化ΔEp和动能变化ΔEk的大小关系为ΔEkΔEp(填“>”“＝”或“<”)，分析造成的原因是________________________.

【答案】(1)甲(2)0.90(0.90~0.92)(3)>实验时先释放纸带后接通电源(即A点的速度不等于零)【解析】(1)甲好一些.理由：因为用夹子固定纸带，可以避免图乙中用手握住纸带的弊端.一方面，由于手的抖动会造成纸带上的第一个点迹被拖长或位置不能确定；另一方面，用夹子固定纸带，便于将纸带调整为竖直方向，以避免纸带与打点计时器限位孔之间产生过大的摩擦.(2)D点的瞬时速度等于CE段的平均速度，则vD＝xCE2T＝0.90(3)从起点A到打下计数点D的过程中重力势能减少量ΔEp＝mgh＝m×9.8×0.0350J≈0.34mJ.动能的增加量ΔEk＝12mvD2＝0.41mJ，可见重力势能的减小量小于动能的增加量，原因是实验时先释放纸带后接通电源(2.用图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能是否守恒.m2从高处由静止开始下落，m1拖着上升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)，计时器打点周期为0.02s，计数点间的距离如图乙所示.已知m1＝50g、m2＝150g，则(计算结果保留2位有效数字)：甲乙(1)在纸带上打下记数点5时的速度v＝m/s.

(2)从记数点0到点5过程中系统动能的增加量ΔEk＝____________J，为了简化计算，设g＝10m/s2，则系统势能的减小量ΔEp＝____________J.

丙(3)在本实验中，若某同学作出的v22－h图像如图丙所示，h为从起点量起的长度，则据此得到当地的重力加速度g＝____________m/s2【答案】(1)2.4(2)0.580.60(3)9.7【解析】(1)由运动学公式求速度v5＝v46＝x462T＝21.60＋26.402×0.1(2)动能的增加量ΔEk＝12(m1＋m2)v52＝12(50＋150)×10－3×2.42J＝0.58J，系统重力势能的减少量ΔEp＝(m2－m1)gh＝(3)在本实验中，某同学作出了v22－h图像.由机械能守恒律有(m2－m1)gh＝12(m1＋m2)v2，所以v22－h图像的斜率k＝m2－m1m1＋m2g，则综合提升练习3.(2023年广州一中模拟)某同学要验证机械能守恒定律，设计了如下实验.如图甲所示，把带孔的重金属球套在“L”形轻杆的直角弯头上，把球拉到一定高度后，由静止释放，在重力作用下，重球和轻杆一起绕转轴O自由下摆.(1)如图乙所示，在轻杆转动轴的正下方装有一个横挡杆，把重球拉高，当球的重心到达A点时由静止释放，当“L”形轻杆运动到竖直位置时，被横挡杆挡住，重球便离开“L”形轻杆沿水平方向抛出.用游标卡尺测量重球的直径如图丙所示，则重球的直径d＝mm.

(2)该同学测得的物理量有A点距离地面的高度H，球的重心最低点B距离地面的高度h，重球落地点到B点的水平距离x，重力加速度为g.设重球在B点的速度为v，由于重球不能看作质点，根据平抛运动规律，v可以表示为____________(用h、g、d、x表示).若满足关系式x＝____________(用H、h、d表示)即可验证机械能守恒.

【答案】(1)14.15(2)xg2h【解析】(1)由题图丙可知，主尺刻度为14mm，游标尺第3格与主尺刻线对齐，且该游标卡尺为20分度，精度为0.05mm，游标卡尺不估读，所以其读数为14.15mm.(2)重球在落到水平地面后，重球的尺寸不能忽略，根据平抛运动的规律，竖直方向有h－d2＝12gt2，水平方向有x＝vt，联立解得v＝xg2h－d.若想验证机械能守恒，需满足关系式mgH－mgh＝124.某实验小组利用图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能是否守恒.甲乙(1)实验前需要调整气垫导轨底座以使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？.

(2)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d＝cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt＝1.2×10－2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为m/s.在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、____________________________________和________________________(用文字说明并用相应的字母表示).

(3)本实验通过比较____________和____________在实验误差允许的范围内是否相等(用测量的物理量符号表示)，从而验证系统机械能是否守恒.

【答案】(1)接通电源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的(或轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动)(2)0.520.43滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s滑块的质量M(3)mgs12(m＋M)【解析】(1)当气垫导轨接通电源后，可以认为导轨是光滑的，判断是否水平的方法是：接通电源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的(或轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动).(2)游标卡尺主尺读数为0.5cm，游标尺上第2个刻度与主尺上某一刻度对齐，则游标读数为2×0.1mm＝0.2mm＝0.02cm，所以最终读数为0.5cm＋0.02cm＝0.52cm；由于遮光条通过光电门的时间极短，因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度，即滑块经过光电门时的瞬时速度为v＝dΔt≈0.43m/s