-2021年高考物理一轮复习考点全覆盖 专题（23）实验 验证机械能守恒定律学案（原卷版+解析版）

中小学教育资源及组卷应用平台 2021年高考物理一轮复习考点全覆盖 （23）实验 验证机械能守恒定律（原卷版） 考点解读： 一、实验目的 验证机械能守恒定律。 二、实验原理 1.在只有重力做功的自由落体运动中，物体的动能与重力势能相互转化，但总的机械能保持不变.若某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则应有mgh＝mv2.借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒. 2.测定第n点的速度的方法：vn＝或vn＝. 三、实验器材 打点计时器，低压交流电源，带有铁夹的铁架台，纸带，复写纸，带架子的重物，刻度尺，导线。 四、实验步骤 1．安装置：按装置图安装器材，沿竖直方向将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，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。 3．选纸带 （1）用验证时，应选取点迹较为清晰，且1、2两点间的距离略小于或接近2 mm的纸带。 （2）用验证时，由于重力势能具有相对性，选择纸带时应选适当的点为基准点，只要后面的点迹清晰就可选用。 五、数据处理 方法一：利用起始点和第n点进行计算。 将实验数据代入mghn和，在实验误差允许的条件下，若mghn和相等，则验证了机械能守恒定律。 方法二：任取两点进行计算。 （1）任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB。 （2）算出的值。 （3）在实验误差允许的条件下，若mghAB=，则验证了机械能守恒定律。 方法三：图象法 从指戴上选取多个带，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算出各点速度的平方v2，然后以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出v2/2 –h图线。若在误差许可的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。 六、误差分析 1．本实验中，由于重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力（如空气阻力、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。 2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属于偶然误差。 减小误差的办法是测下落距离时都从O点测起，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以减小误差。 考向一：教材原型实验 【例1】利用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验. (1)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_____. A.交流电源　　　B.刻度尺　　　C.天平(含砝码) (2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带.在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量ΔEp＝_____，动能增加量ΔEk＝_____. (3)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，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的影响 D.没有采用多次实验取平均值的方法 (4)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的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2－h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒.请你分析论证该同学的判断依据是否正确_____ _____. 【变式1】如图甲所示，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。该装置中的打点计时器所接交流电源频率是50 Hz。 (1)对于该实验，下列操作中对减小 ... ...