第20讲试验验证机械能守恒定律能量守恒定律

1、第20讲实验：验证机械能守恒定律能量守恒定律【考情展示测试内容测试要求2017 年2016 年2015 年2014 年2013 年探究、实验：用电火花计时器（或电磁打点计时器）验证机械能守恒定律a112589能量守恒定律A2111IT考点突破考点一实验：验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律就是让重物做自由落体运动,验证重物下落过程中减少的重力势能和增 加的迦邸关系是否在误差允许的范围内相等.【特别提醒】（i）验证机械能守恒定律的实验中，重物拖着纸带自由下落，通过对纸带的测量 获取数据进行验证.实验中的几点说明：要先接通电源再松开纸带.选取第一、二两点间距离接近 2 mm,并且点迹清晰的纸带进行

2、测量.为了减小误差，重物要选重一些的好.选取某个点，用刻度尺测量第一个点到该点的距离h,测量该点的前后两点间的距离Xn +Xn Xn 11Xn+1 ,计算打该点时的速度 ”=2T”比较gh与jv2是否近似相等，若是，则验证了机械 能守恒.（2）误差分析做好本实验的关键是尽量减小重物下落过程中的阻力，但阻力不可能完全消除 本实验中，误差的主要来源是纸带摩擦和空气阻力.由于重物及纸带在下落中要不断地克服阻力做功， 因此重物动能的增加量必稍小于重力势能的减少量，这是系统误差.减小系统误差的方法有：选用密度大的实心重物、重物下落前纸带保持竖直、选用电火花计时器等.由于测量长度会造成误差，属偶然误差，减

3、小该误差的办法：一是测距离时都应从起点量起，下落高度h适当大些（过小，h不易测准确；过大，阻力影响造成的误差大），二是多测几次取平均值.例1】小黄用如图1所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验.关于该实验，下列说法正确的是（）A.重物的质量一定是越大越好B.必须用停表测出重物下落的时间C.把停表测得的时间代入 v=gt,计算重物的速度 D.释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直 答案 D解析 为了减少阻力的影响，重物应选择质量大一些、体积小一些的，不是质量越大越好，故A错误；打点计时器可以测量重物下落的时间，不需要用停表测量，故 B错误；该实验是 验证机械能守恒定律的实验，做自由落体运动的

4、重物只受重力，机械能守恒，如果把重物的运动看成自由落体运动，再运用自由落体运动的规律求解速度，那么就不需要验证了，故C错误；释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直，从而减小纸带与限位孔之间的摩擦，故D正确.【例2 （2016届盐城中学模拟）在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz,当地重力加速度的值为 9.80 m/s2,测得所用重物的质量为 1.00 kg.甲、乙、丙三 位同学分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为 0.18 cm、0.19 cm和0.25 cm.可见其中肯定有一位同学在操作上有错误，错误操作是 . 若按实验要求正确

5、地选出纸带进行测量，测得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图2所示（相邻计数点时间间隔为 0.02 s）.那么：单位：cm(1)纸带 端与重物相连；(2)打点计时器打下计数点B时，重物的速度 vb=；(3)从起始点O到打下计数点B的过程中重物重力势能减少量是AEp=，此过程中重物动能的增加量AEk=;(4)通过计算，数值上 AEp(选填“”或“ AEk.在验证机械能守恒定律的实验中，误差主要来自于空气阻力及纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦，故重力势能的减少量应等于动能的增加量和克服阻力做功之和，所以此 题在计算结果上肯定是重力势能减少得多，动能增加得少.(5)在实验误差允许范围内，机械能守恒

6、.点拨本题考查验证机械能守恒定律实验的注意事项，强化实验的基本要求.考点二能量守恒定律(1)能量既不会凭空产生.也不会凭空消失.它只能从一种形式转化为另一种形式.或者从一 个物体转移到另一个物体，在转化或转移过程中其总量不变.(2)自然界中的宏观过程具有方向心能量耗散从能量转化的角度反映出这种方向性.【特别提醒】(1)能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，大到宇宙天体，小 到原子核内部，只要能量转化或转移，就一定遵从能量守恒定律.能量守恒定律的成立不需 要条件，任何情况下都成立.这是由于能量转化形式是多样的，可以在机械能、内能、化学 能、电能、光能、原子能间转化，不限于动能和势能之

7、间.在转化过程中，一种形式的能减 小，另一种形式的能必然增加，能的总量保持不变.（2）热能和光能散发到周围环境中去，变为环境内能，我们无法收集起来重新利用，这种现象 叫做能量耗散.能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量 上并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了.【例3 （2017届南通中学模拟）下列说法中正确的是（）A.机械能守恒是自然界遵循的普遍规律B.能量守恒表明，节约能源是无意义的C.随着科技的发展，永动机是可以制成的D.能量耗散反映出自然界宏观过程的方向性答案 D解析 能量守恒是自然界遵循的普遍规律，而不是机械能守恒，A错误.由自然界

8、中宏观过程的方向性知，节约能源有意义.永动机不可能制造出来.点拨 本题考查对能量有关概念的理解，增强节能意识.【例4 （2017届南京模拟）下列对能量守恒定律的认识错误的是（）A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加B.某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器一一永动机是不可能制成的D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了答案 D解析 根据能量守恒定律，某种形式的能减少，一定存在其他形式能的增加，某个物体的能 的减少，必然有其他物体的能增加，能的总量是保持不变的，永动机是不可能制成的，石子 从空中落到地面机械能没有消失， D错.（

9、2016江苏学测）在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列释放纸带的操作正确的是答案 A（2014江苏学测）“验证机械能守恒定律”的实验装置如图3所示.关于该实验，下列说法正确的是（）II图3A.重物应选用密度小的物体B.两个限位孔应在同一竖直线上C.打点计时器应接低压直流电源D.应先释放纸带，后接通电源答案 B（2014江苏学测）崔牛先生向客户推介他设计的“超级推进器”，该推进器由超导体、 激光器、致冷剂以及计算机控制系统组成，其神奇之处在于能通过自身的循环工作，源源不断地获得动力，而不需要消耗任何能源.事实上，这是不可能实现的， 因为他的设计违反了 （）A.质量守恒定律B.电荷守恒定律D.能

10、量守恒定律C.机械能守恒定律答案 D（2015江苏学测）如图4所示为打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置.打点计统带时器 接晶卡夹子JI 占-重物 11Lj图4（1）通过研究重物自由下落过程中增加的 与减少的重力势能的关系，从而验证机械能守恒定律.（2）实验中打点计时器应接 （选填“直流”或“交流”）电源.正确操作得到的纸带如图5所示，O点对应重物做自由落体运动的初始位置，从合适位置开始选取的三个连续点A、B、C到O点的距离如图，已知重物的质量为m,重力加速度为g.则从打下O点到B点的过程中，重物减少的重力势能为 .f i ）_如_一心图5答案 （1）动能 （2）交流mgh2II强化训练.

11、（2017届扬州二模）关于能量耗散，下列说法中正确的是（）A.能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了B.能量耗散表明，能量守恒定律具有一定的局限性C.能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了D.能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性 答案 C. （2016届徐州模拟）PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求 我们节约及高效利用能源，关于能源和能量，下列说法正确的是（）A.自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用B.能量被使用后就消灭了，所以要节约能源C.人类应多开发和利用太

12、阳能、风能等新能源D.能源耗散说明自然界的能量在不断减小答案 C. （2017届扬州模拟）据报道，世界上最大的太阳能飞机首次实现跨国飞行，它长达63.4 m的机翼上覆盖着太阳能电池板.下列说法正确的是（）A.太阳能可以转化为电能B.太阳能不可以转化为电能C.太阳能的利用，说明能量可以消灭D.太阳能的利用，说明能量可以创生答案 A.如图6所示，在做“验证机械能守恒定律”实验时，下列实验器材需要的是（）图6A .秒表B .量角器C.打点计时器D.弹簧答案 C.在“验证机械能守恒定律”实验中，某同学释放纸带瞬间的情景如图7所示，其中不合理之处是（）A.使用了纸带B .所挂重物太重C.使用了电火花计时

13、器D.电火花计时器两限位孔没有处在同一竖直线上答案 D.做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器,还必须选取的器材是图中的 ABC（2）某同学在实验过程中：在重物的正下方地面铺海绵；调整打点计时器的两个限位孔连线为竖直；重复多次实验.以上操作可减小实验误差的是 （填序号）.答案 (1)AC(2)解析（1）选用器材A作为重物，带动纸带向下运动，选用器材C用来测量重物下落的高度.（2）操作是为了减少摩擦带来的影响.操作是为了减少偶然误差. （2017届无锡学测模拟）在研究自由落体运动的实验中，某同学打出了一条纸带，已知打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz,他按打

14、点先后顺序从比较清晰的点起，连续选取0、1、2、3、4等计时点，如图 8所示，量得0、1两点之间的距离 X1=3.00 cm,3、4两点之间的距离X4=4.14 cm,则2、3两个计时点之间的时间间隔为 s；纸带在0、1之间的平均速度为 m/s ;重物的加速度为 mS2.图8答案 0.02 1.5 9.5. （2017届宿迁学测模拟）如图9甲所示，是验证机械能守恒定律的实验装置， 重物的质量为 m,实验时应先 （选填“接通电源”或“释放纸带” ），在选定的纸带上依次 取计数点A、B、C如图乙所示，相邻计数点间的时间间隔为 T,且O为打下的第一个点，各 计数点距 O点距离如图乙所示，当打点计时器打下点B时，重物增加的动能表达式为,重物减少的重力势能表达式为 .（已知重力加速度为 g）图92答案 接通电源m（ 8T2 1）mgd2.如图10所示，在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器由 （填“直流”或“交流”）电源供电；由于重物在下落过程中受到阻力作用，则重物增加的动能 （填2“大于” “小于”或“等于）减小的重力势能；实验中，描点作出h的图象为直线，当直线的斜率接近于 时，可验证重物在下落过程中机械能守恒.答案交流小于重力加速度g.图11a是“验证机械能守恒定律”的实验装置，图b为实验中