备考2025届高考物理一轮复习讲义第六章机械能实验七验证机械能守恒定律命题点1教材基础实验

试验七验证机械能守恒定律核心考点五年考情命题分析预料试验原理和数据处理2024：天津T9；2024：浙江6月T17；2024：上海T18高考中关于验证机械能守恒定律的试验考查较多，既有对试验原理的考查，又有对试验的数据处理、误差分析等的考查，近几年创新化趋势明显.无论何种试验方法，只要符合守恒条件，并确保平安性、精确性和可操作性皆可设计验证.试验误差分析2024：海南T15，浙江6月T17创新试验2024：广东T11，湖北T12，河北T11；2024：河北T121.试验目的验证机械能守恒定律.2.试验原理通过试验，求出做自由落体运动物体的[1]重力势能的削减量和对应过程动能的增加量，在试验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律.3.试验器材铁架台（带铁夹），电火花计时器（或电磁打点计时器），重物（带纸带夹），纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，沟通电源.4.试验步骤（1）安装器材：将[2]打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相连.（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旁边，先[3]接通电源，再[4]释放纸带，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，重打几条（3～5条）.（3）选纸带：从打出的几条纸带中选出一条点迹清楚的纸带.（4）进行数据处理并验证.5.数据处理方案1利用起始点和第n点计算代入mghn和12mvn2，假如在试验误差允许的范围内，mghn和12方案2任取两点计算（1）任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB.（2）算出12mvB2－12（3）在试验误差允许的范围内，若mghAB＝12mvB2－12方案3图像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v2，然后以12v2为纵轴，以h为横轴，依据试验数据作出12v2－h图像.若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g6.留意事项（1）打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上，以减小[5]摩擦阻力.（2）重物应选用质量大、体积小的.（3）应先接通电源，让打点计时器正常工作，后释放纸带让重物下落.（4）测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝hn+1－hn－12T，不能用vn＝（5）此试验中不须要测量重物的质量.7.误差分析（1）本试验中因重物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稍小于重力势能的削减量ΔEp，即ΔEk＜ΔEp，这属于系统误差.改进的方法是调整器材的安装并选用质量大、体积小的重物，尽可能地减小阻力.（2）本试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点量起，一次将各点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值.（3）打点计时器产生的误差①由于沟通电周期变更，引起打点时间间隔变更而产生误差.②计数点选择不好，振动片振动不匀整，纸带放置方法不正确引起摩擦，均可能造成试验误差.研透高考明确方向命题点1教材基础试验1.[试验原理与操作]某同学用如图甲所示的试验装置“验证机械能守恒定律”.试验所用的电源为学生电源，可以供应输出电压为8V的交变电流和直流电，交变电流的频率为50Hz.重锤从高处由静止起先下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律.（1）他进行了下面几个操作步骤：A.依据图甲所示的装置安装器材；B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C.用天平测出重锤的质量；D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；E.测量纸带上某些点间的距离；F.依据测量的结果计算重锤下落过程中削减的重力势能是否等于其增加的动能.其中没有必要进行的步骤是C，操作不当的步骤是B（均填步骤前的字母）.（2）这位同学进行正确操作后选择出一条点迹清楚的纸带进行测量分析，如图乙所示，其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计时点.依据纸带上的测量数据，可得出打B点时重锤的速度为1.84m/s（结果保留3位有效数字）.（3）他依据纸带上的数据算出各点的速度v，测量出下落距离h，并以v22为纵轴、h为横轴作出图像.他作出的图像应是下图中的C解析（1）应将打点计时器接到电源的“沟通输出”上，步骤B操作不当，因试验只需比较gh和v22的大小关系，故不须要测量重锤的质量，步骤C（2）打B点时重锤的速度即AC段对应的平均速度，有vB＝AC2T≈1.84m/（3）依据12mv2＝mgh可知，12v2与h成正比，故C2.[数据处理与误差分析]如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的试验装置（g取9.80m/s2）.（1）选出一条点迹清楚的纸带如图乙所示，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的交变电流.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.依据以上数据算出：当打点计时器打下B点时重锤的重力势能比起先下落时削减了1.85J，此时重锤的速度vB＝1.83m/s，重锤的动能比起先下落时增加了1.67J.（结果均保留3位有效数字）（2）利用试验时打出的纸带，测量出各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、以12v2为纵轴作出如图丙所示的图线，图线的斜率近似等于B. 图线未过原点O的缘由是先释放了纸带，再接通了打点计时器的电源.解析（1）当打点计时器打到B点时，重锤的重力势能削减了ΔEp＝mg·OB＝1.00×9.80×18.90×10－2J≈1.85J；打B点时重锤的速度vB＝OC－OA4T＝（27.06－12.