2022版高考物理一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6验证机械能守恒定律

机械能及其守恒定律第五章实验六验证机械能守恒定律知识梳理回顾1二、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．三、实验步骤1．安装实验装置如图所示，将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．2．打纸带将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方．先接通电源，然后松开纸带，让重物带着纸带自由下落．更换纸带重复做3～5次实验．五、注意事项1．应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力．(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小．六、误差分析1．系统误差本实验中因重锤和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．2．偶然误差本实验的另一个误差来源于长度的测量，属于偶然误差．减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值.题点各个击破2考查点1实验操作和数据处理例1图甲是“验证机械能守恒定律”的实验装置示意图，以下列出了一些实验步骤：命题点一教材标准实验变形甲

A．用天平测出重物和夹子的质量B．把打点计时器用铁夹固定放到桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直面内C．把打点计时器接在交流电源上，电源开关处于断开状态D．将纸带穿过打点计时器的限位孔，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，让重物靠近打点计时器，处于静止状态E．接通电源，待打点计时器打点稳定后释放纸带，之后再断开电源F．用秒表测出重物下落的时间G．更换纸带，重新进行两次实验(2)试指出造成第(1)问中①②计算结果不相等的原因是_________________________．【答案】(1)A

F

0.86

0.81(2)由于空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力做功【解析】(1)实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，两边都有质量，可以约去，所以不需要测出重物和夹子的质量，故A不需要．物体下落的时间可以通过打点计时器直接得出，不需要秒表测重物下落的时间，故F不需要．故选AF.考查点2实验原理和器材例2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．(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交流电源甲

(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3位有效数字)乙

要求是____________________，为验证和满足此要求，所选择的纸带第1、2点间的距离应接近__________．(4)该同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2－h图像如图丙所示，则图线斜率的大小是__________________________________．-丙

【答案】(1)AD

(2)1.75

(3)重物的初速度为零2mm

(4)当地重力加速度的2倍创新角度1实验设计和操作创新例3如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验．有一直径为d、质量为m的金属小球由A处从静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(H≫d)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g.则：命题点二实验创新迁移(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d＝________mm.创新角度2光电门的创新应用例4小明同学利用如图所示的装置来验证机械能守恒定律．A为装有挡光片的钩码，总质量为M，挡光片的挡光宽度为b，轻绳一端与A相连，另一端跨过光滑轻质定滑轮与质量为m(m<M)的重物B相连．他的做法是：先用力拉住B，保持A、B静止，测出A的挡光片上端到光电门的距离h；然后由静止释放B，A下落过程中经过光电门，光电门可测出挡光片的挡光时间t，算出挡光片经过光电门的平均速度，将其视为A下落h(h≫b)时的速度，重力加速度为g.(1)在A从静止开始下落h的过程中，验证以A、B、地球所组成的系统机械能守恒定律的表达式为______________________(用题目所给物理量的符号表示)．(2)由于光电门所测的平均速度与物体A下落h时的瞬时速度间存在一个差值Δv，因而系统减少的重力势能________(填“大于”或“小于”)系统增加的动能．(3)为减小上述Δv对结果的影响，小明同学想到了以下一些做法，其中可行的是______．A．保持A下落的初始位置不变，测出多组t，算出多个平均速度