高考物理复习第五章机械能实验六验证机械能守恒定律材料

第五章机械能试验六验证机械能守恒定律1/43过好双基关2/431.试验目标验证机械能守恒定律.2.试验原理(如图1所表示)经过试验，求出做自由落体运动物体__________________和对应过程动能增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律.图1基本试验要求重力势能降低许3/433.试验器材打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、

、铁架台(带铁夹)、导线两根.4.试验步骤(1)安装器材：将

固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连.(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

，再

，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列点，取下纸带，换上新纸带重打几条(3～5条)纸带.刻度尺打点计时器接通电源松开纸带4/43(3)选纸带：分两种情况说明①若选第1点O到下落到某一点过程，即用_____________来验证，应选点迹清楚，且第1、2两点间距离小于或靠近

纸带.②用

验证时，因为重力势能相对性，处理纸带时选择适当点为基准点，这么纸带上打出第1、2两点间距离是否小于或靠近2mm就无关紧要了.5.试验结论在

范围内，自由落体运动过程机械能守恒.2mm误差允许5/431.误差分析(1)测量误差：减小测量误差方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值.(2)系统误差：因为重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能增加量ΔEk＝

mvn2必定稍

于重力势能降低许ΔEp＝mghn，改进方法是调整安装器材，尽可能地减小

.规律方法总结小阻力6/432.注意事项(1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要

架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以降低

.(2)重物应选取质量大、体积小、密度大材料.(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落.(4)测长度，算速度：某时刻瞬时速度计算应用vn＝___________，不能用vn＝

或vn＝gt来计算.竖直摩擦阻力7/433.验证方案方案一：利用起始点和第n点计算代入mghn和

mvn2，假如在试验误差允许范围内，mghn和

mvn2相等，则验证了机械能守恒定律.方案二：任取两点计算(1)任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB.(3)在试验误差允许范围内，若mghAB＝

则验证了机械能守恒定律.8/43方案三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点下落高度h，并计算各点速度平方v2，然后以

v2为纵轴，以h为横轴，依据试验数据作出

v2－h图象.若在误差允许范围内图象是一条过原点且斜率为g直线，则验证了机械能守恒定律.9/43研透命题点10/43例1

(·天津理综·9(2))如图2所表示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律.命题点一教材原型试验基础考点自主悟透答案解析图2(1)对于该试验，以下操作中对减小试验误差有利是

.A.重物选取质量和密度较大金属锤B.两限位孔在同一竖直面内上下对正C.准确测量出重物质量D.用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物√√11/43解析重物选取质量和密度较大金属锤，能够减小空气阻力影响，以减小误差，故A正确；两限位孔在同一竖直面内上下对正，减小纸带和打点计时器之间阻力，以减小误差，故B正确；验证机械能守恒定律原理是：mgh＝

重物质量能够消掉，无需准确测量出重物质量，故C错误；用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物对减小试验误差无影响，故D错误.12/43(2)某试验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz交流电源上，按正确操作得到了一条完整纸带，因为纸带较长，图中有部分未画出，如图3所表示.纸带上各点是打点计时器打出计时点，其中O点为纸带上打出第一个点.重物下落高度应从纸带上计时点间距离直接测出，利用以下测量值能完成验证机械能守恒定律选项有

.A.OA、AD和EG长度B.OC、BC和CD长度C.BD、CF和EG长度D.AC、BD和EG长度答案解析√图3√13/43解析利用纸带数据，依据mgh＝

mv2即可验证机械能守恒定律.要从纸带上测出重物下落高度并计算出对应速度，选项A、D条件中，下落高度与所能计算速度不对应；

选项B条件符合要求，能够取重物下落OC时处理；选项C中，能够求出C、F点瞬时速度，又知CF间距离，能够利用

mv22－

mv12＝mgΔh验证机械能守恒定律.14/43解析重物下落过程中重力势能降低，动能增加，故该试验需要比较重物下落过程中任意两点间动能改变量与势能改变量在误差允许范围内是否相等，A项正确.变式1

(·北京理综·21(2))利用图4装置做“验证机械能守恒定律”试验.(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间

.A.动能改变量与势能改变量B.速度改变量和势能改变量C.速度改变量和高度改变量答案解析图4√15/43(2)除带夹子重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在以下器材中，还必须使用两种器材是

.A.交流电源B.刻度尺C.天平(含砝码)解析解析电磁打点计时器使用是交流电源，故选A.需要测纸带上两点间距离，还需要刻度尺，选B.依据mgΔh＝

mv22－

mv12可将等式两边质量抵消，不需要天平，不选C.√答案√16/43(3)试验中，先接通电源，再释放重物，得到图5所表示一条纸带.在纸带上选取三个连续打出点A、B、C，测得它们到起始点O距离分别为hA、hB、hC.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点周期为T.设重物质量为m.从打O点到打B点过程中，重物重力势能改变量ΔEp＝

，动能改变量ΔEk＝

.解析答案图5－mghB17/4318/43(4)大多数学生试验结果显示，重力势能降低许大于动能增加量，原因是

.A.利用公式v＝gt计算重物速度B.利用公式v＝

计算重物速度C.存在空气阻力和摩擦阻力影响D.没有采取屡次试验取平均值方法解析解析重物重力势能降低许大于动能增加量，是因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力影响，C正确.√答案19/43(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O距离h，计算对应计数点重物速度v，描绘v2h图象，并做以下判断：若图象是一条过原点直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学判断是否正确.答案解析答案不正确，理由看法析解析该同学判断依据不正确，在重物下落h过程中，若阻力Ff恒定，依据mgh－Ffh＝

mv2－0，则v2＝2(g－)h可知，v2－h图象就是过原点一条直线.要想经过v2－h图象来验证机械能是否守恒，还必须看图象斜率是否靠近2g.20/43类型1试验装置创新例2某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，试验装置如图6甲所表示.在气垫导轨上相隔一定距离两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连.滑块在细线牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，经过计算机能够得到如图乙所表示电压U随时间t改变图象.命题点二试验创新能力考点师生共研图621/43(1)试验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中Δt1

Δt2(选填“＞”“＝”或“＜”)时，说明气垫导轨已经水平.答案解析＝解析试验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中Δt1＝Δt2时，说明滑块已经匀速运动，说明气垫导轨已经水平.22/43(2)用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图丙所表示，则d＝

mm.答案解析解析用游标卡尺测遮光条宽度d，则d＝5.0mm.5.023/43(3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端定滑轮与钩码Q相连，钩码Q质量为m.将滑块P由图甲所表示位置释放，经过计算机得到图象如图乙所表示，若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和钩码组成系统机械能是否守恒，还应测出

(写出物理量名称及符号).答案解析滑块质量M和两光电门间距离L24/4325/43(4)若上述物理量间满足关系式

，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成系统机械能守恒.答案解析26/43变式2利用气垫导轨验证机械能守恒定律，试验装置如图7甲所表示，水平桌面上固定一倾斜气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮细绳和一质量为m小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，能够测量遮光片经过光电门时挡光时间t，用d表示A点到光电门B处距离，b表示遮光片宽度，将遮光片经过光电门平均速度看做滑块经过B点时瞬时速度，试验时滑块在A处由静止开始运动.(1)某次试验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处抵达B处时m和M组成系统动能增加量可表示为ΔEk＝

，系统重力势能降低许可表示为Δep＝

，在误差允许范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统机械能守恒.(用题中字母表示)答案解析图727/4328/43(2)在上述试验中，某同学改变A、B间距离，作出v2－d图象如图乙所表示，并测得M＝m，则重力加速度g＝

m/s2.答案解析9.629/43类型2试验方案创新例3用如图8甲所表示试验装置验证m1、m2组成系统机械能守恒.m2从高处由静止开始下落，m1上拖着纸带打出一系列点，对纸带上点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.如图乙给出是试验中获取一条纸带，0是打下第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，所用电源频率为50Hz.已知m1＝50g、m2＝150g.(结果均保留两位有效数字)，则：图8(1)在纸带上打下计数点5时速度v5＝

m/s；答案解析2.430/4331/43(2)在打下0点到第5点过程中系统动能增量ΔEk＝

J，系统重力势能降低许ΔEp＝

J；(当地重力加速度g取10m/s2)答案解析0.580.60解析ΔEk＝(m1＋m2)v52－0≈0.58J，ΔEp＝m2gh5－m1gh5＝0.60J.32/43(3)若某同学作出

v2－h图象如图丙所表示，则当地重力加速度g＝____m/s2.答案解析9.7解得g＝9.7m/s2.33/43变式3某同学利用竖直上抛小球频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05s闪光一次，如图9所标数据为实际距离，该同学经过计算得到不一样时刻速度以下表.(当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m＝0.2kg，结果保留3位有效数字)答案解析3.48图9时刻t2t3t4t5速度(m·s－1)4.994.483.98

(1)由频闪照片上数据计算t5时刻小球速度v5＝

m/s；34/43(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝

J，动能降低许ΔEk＝

J；答案解析1.241.2835/43(3)在误差允许范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即验证了机械能守恒定律.由上述计算得ΔEp

(选填“>”“<”或“＝”)ΔEk，造成这种结果主要原因是

.答案解析<存在空气阻力解析由计算可得ΔEp<ΔEk，主要是因为存在空气阻力.36/43图10命题点三试验拓展能力考点师生共研例4某同学用如图10所表示装置验证机械能守恒定律.一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d遮光条.将钢球拉至不一样位置由静止释放，遮光条经过光电门挡光时间t可由计时器测出，取v＝

作为钢球经过A点时速度.统计钢球每次下落高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间势能改变大小ΔEp与动能改变大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒.(1)用ΔEp＝mgh计算钢球重力势能改变大小，式中钢球下落高度h应测量释放时钢球球心到

之间竖直距离.A.钢球在A点时顶端B.钢球在A点时球心C.钢球在A点时底端答案解析√解析钢球下落高度h，应测量释放时钢球球心到钢球在A点时球心之间竖直距离，故选B.37/43(2)用ΔEk＝

mv2计算钢球动能改变大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图11所表示，其读数为

cm.某次测量中，计时器示数为0.0100s，则钢球速度为v＝

m/s.答案解析图111.501.5038/43(3)下表为该同学试验结果：答案解析ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他发觉表中ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是因为空气阻力造成.你是否同意他观点？请说明理由.解析不一样意，因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于Δ