高中物理人教专题35 验证机械能守恒定律（解析版）.docx

2023届高中物理一轮复****多维度导学与分层专练
专题35 验证机械能守恒定律
导练目标
导练内容
目标1
教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理
目标2
新高考的改进创新实验
【知识导学与典例导练】
教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理
误差分析：
1.减小测量误差:一是测下落距离时都从0点量起,依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.误差来源:由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功,故动能的增加量ΔEk=12mvn2必定稍小于重力势能的减少量Δ
Ep=mghn,改进办法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力。
注意事项：
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平面内以减少摩擦阻力。
2.重物密度要大:重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。
3.一先一后: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:某时刻的瞬时速度的计算应用vn=hn+1-hn-12T,不能用vn=2ghn或vn=gt来计算。
【例1】某实验小组利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。
（1）下列做法正确的有___________（填正确答案标号）：
A． 使用的电源是直流电源
B． 必须使用天平测出重物的质量
C． 必须使用秒表测量重物下落的时间
D． 释放纸带前，应让重物尽量靠近打点计时器
（2） 如图乙为选取的一条符合实验要求的纸带（部分纸带未画出），其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F、G均为连续的点。已知打点周期为T，重力加速度为g。
①从纸带上直接测出各点间的距离，利用下列测量值能验证机械能守恒定律的有___________（填正确答案标号）；
A． OE、OF和OG的长度                 B． OA和AC的长度
C． OF和FG的长度                         D． AC、BF和EG的长度
②若已知OF的长度为，EG的长度为，选取从O点到F点的过程来验证机械能守恒定律，请用题中所给的符号写出需要验证的表达式为：=___________；
（3） 某同学利用实验时打出的纸带，测量出了各计数点到起始点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、v2为纵轴作出了如图丙所示的图线，发现图线明显未过原点O，其主要原因可能是___________（填正确答案标号）。
A．重物下落时受到阻力
B．电源的频率偏高
C．先松开纸带，后接通电源
D．利用公式计算重物速度
【答案】     D     AD          C
【详解】（1）[1]A．打点计时器应用交流电源，故A错误；
B．实验中用来验证重锤的机械能是否守恒，所以可以不用测出重锤的质量，故B错误；
C．打点计时器本身就是一种计时工具，所以不需用秒表计时，故C错误；
D．为充分利用纸带，释放纸带前，应让重物尽量靠近打点计时器，故D正确。故选D。
（2）[2] A．依题所给数据，可以测出点F与初始点O的距离，同时根据E、G两点间距、测得这两点的平均速度、即为点F的瞬时速度，最后用进行验证机械能是否守恒，故A正确；
B．已知OA和AC的长度，可测得B点的瞬时速度、可表示出重锤动能的增加量；但不知B与O点间距、重锤的重力势能的减小量无从得知，无法进行验证，故B错误；
C．若已知OF和FG的长度，依题意，可知O、F的间距，可以表示出重锤的重力势能的减小量，但由所给条件无法测得F点的瞬时速度、所以重锤动能的变化量无从得知，无法进行验证，故C错误；
D．依题意，根据AC和EG的长度，可知B、F两点的瞬时速度、进而可得重锤经过这两点动能的增加量；同时也知BF的间距，所以可测重锤经过B、F两点重力势能的减少量，所以能验证，故D正确。故选AD。
[3]依题意，F点的瞬时速度为则机械能守恒的表达式为即
（3）[4] A．重物下落时受到阻力时，假定阻力为f，则有则有可知，如果f恒定，图线过原点，故A错误；
B．在测某点的瞬时速度时，根据的是匀变速直线运动的平均速度等于中点时刻的瞬时速度，即
如果电源的频率偏高，则打点计时器的实际周期偏小，但计算时仍采用原周期，导致所测速度偏小，所以这样得到的图线应该向下偏移不过原点、与图中不符，故B错误；
C．以h为横轴、v2为纵轴作出了如图丙所示的图线，发现图线明显未过原点O，即条点计时器打第一点时重锤已有速度，其原因可能是先放纸带后接通电源所致，故C正确；
D．本实验不能直接用公式来求解瞬时速度，否则就体现不了实验验证，而变成了理论推导；另一方面，利用公式计算重物速度，两边平方后可知