新高考物理一輪復(fù)習(xí)重難點練習(xí)實驗07 驗證機械能守恒定律（原卷版）

實驗07驗證機械能守恒定律1.熟悉“驗證機械能守恒定律”的基本實驗原理及注意事項.2.會驗證創(chuàng)新實驗的機械能守恒．1．實驗原理(如圖所示)通過實驗，求出做自由落體運動物體的重力勢能的減少量和對應(yīng)過程動能的增加量，在實驗誤差允許范圍內(nèi)，若二者相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律．2．實驗器材打點計時器、交變電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(帶鐵夾)、導(dǎo)線．3．實驗過程(1)安裝器材：將打點計時器固定在鐵架臺上，用導(dǎo)線將打點計時器與電源相連．(2)打紙帶用手豎直提起紙帶，使重物停靠在打點計時器下方附近，先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落，打點計時器就在紙帶上打出一系列的點，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條(3～5條)紙帶．(3)選紙帶：從打出的幾條紙帶中選出一條點跡清晰的紙帶．(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并驗證．4．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)求瞬時速度由公式vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)可以計算出重物下落h1、h2、h3…的高度時對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3….(2)驗證守恒方案一：利用起始點和第n點計算代入mghn和eq\f(1,2)mvn2，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，mghn和eq\f(1,2)mvn2相等，則驗證了機械能守恒定律．注意：應(yīng)選取最初第1、2兩點間距離接近2_mm的紙帶(電源頻率為50Hz)．方案二：任取兩點計算①任取兩點A、B，測出hAB，算出mghAB.②算出eq\f(1,2)mvB2－eq\f(1,2)mvA2的值．③在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若mghAB＝eq\f(1,2)mvB2－eq\f(1,2)mvA2，則驗證了機械能守恒定律．方案三：圖像法測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算對應(yīng)速度v，然后以eq\f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出eq\f(1,2)v2－h(huán)圖像．若在誤差允許的范圍內(nèi)圖像是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律．5．注意事項(1)打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力．(2)重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的．(3)應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落．(4)測長度，算速度：某時刻的瞬時速度的計算應(yīng)用vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)，不能用vn＝eq\r(2ghn)或vn＝gt來計算．(5)此實驗中不需要測量重物的質(zhì)量．6.對本實驗的改進(jìn)創(chuàng)新的方法1．速度測量方法的創(chuàng)新從測量紙帶上各點速度→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(由光電門測速度,由頻閃照片測速度,由平拋運動測速度))2．研究對象的創(chuàng)新從單個物體創(chuàng)新為兩個物體組成的系統(tǒng)，驗證系統(tǒng)在某一過程機械能守恒．3．實驗?zāi)康牡膭?chuàng)新由驗證機械能守恒定律創(chuàng)新為測量彈簧的彈性勢能，測重力加速度．【典例1】（2022·湖北·黃岡中學(xué)模擬預(yù)測）某物理興趣小組利用如圖甲實驗裝置驗證SKIPIF1<0、SKIPIF1<0組成的系統(tǒng)機械能守恒。SKIPIF1<0從一定高度由靜止開始下落，SKIPIF1<0上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量，即可驗證機械能守恒定律。如圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶：O是打下的第一個點，打點計時器的工作頻率為50Hz。A、B、C為紙帶上標(biāo)注的三個計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點（圖中未標(biāo)出）。各計數(shù)點到O點的距離已在圖中標(biāo)出。已知SKIPIF1<0、SKIPIF1<0（重力加速度g取SKIPIF1<0，計算結(jié)果均保留一位小數(shù)）（1）關(guān)于上述實驗，下列說法中正確的是______；A．重物最好選擇密度較大的物塊B．重物的質(zhì)量可以不測量C．實驗中應(yīng)先釋放紙帶，后接通電源D．可以利用公式SKIPIF1<0來求解瞬時速度（2）在紙帶上打下計數(shù)點B時的速度v＝______m/s；（3）在打計數(shù)點O至B過程中系統(tǒng)動能的增加量SKIPIF1<0______J，系統(tǒng)重力勢能的減少量SKIPIF1<0______J，實驗結(jié)果顯示SKIPIF1<0略大于SKIPIF1<0，那么造成這一現(xiàn)象的主要原因是_______。（4）某同學(xué)根據(jù)選取的紙帶的打點情況做進(jìn)一步分析，做出SKIPIF1<0獲得的速度v的平方隨下落的高度h的變化圖像如圖丙所示，據(jù)此可計算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝______SKIPIF1<0。【典例2】（2022·全國·高三專題練習(xí)）某同學(xué)設(shè)計了一個用拉力傳感器驗證機械能守恒定律的實驗。一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器，另一端連接小鋼球，如圖甲所示。拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放，使小鋼球在豎直平面內(nèi)擺動，記錄鋼球擺動過程中拉力傳感器示數(shù)的最大值SKIPIF1<0和最小值SKIPIF1<0。改變小鋼球的初始釋放位置，重復(fù)上述過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪制的SKIPIF1<0圖像是一條直線，如圖乙所示。（1）若小鋼球擺動過程中機械能守恒。則圖乙中直線斜率的理論值為_______。（2）由圖乙得:直線的斜率為______，小鋼球的重力為_______N。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）（3）該實驗系統(tǒng)誤差的主要來源是______（單選，填正確答案標(biāo)號）。A．小鋼球擺動角度偏大B．小鋼球初始釋放位置不同C．小鋼球擺動過程中有空氣阻力【典例3】（2022·四川省資中縣球溪高級中學(xué)模擬預(yù)測）某同學(xué)用如圖（a）所示的裝置“驗證機械能守恒定律”。實驗的主要步驟如下：（ⅰ）調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使之水平；（ⅱ）用天平測量滑塊（含遮光條）質(zhì)量并記錄為M；（ⅲ）測量遮光條寬度并記錄為d；（ⅳ）將滑塊放在氣墊導(dǎo)軌上，通過輕質(zhì)細(xì)繩與鉤碼連接，記錄鉤碼總質(zhì)量為m；（ⅴ）將滑塊從A位置釋放后，測出遮光條通過光電門的時間Δt和A、B間的距離s；（ⅵ）對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出實驗結(jié)論。請回答下列問題。（已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間）（1）若步驟（ⅲ）用螺旋測微器測量遮光條寬度d的示數(shù)情況如圖（b）所示，則d=___________mm。（2）本實驗中需驗證的機械能守恒表達(dá)式為___________（用以上對應(yīng)物理量的符號表示）。（3）實驗數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)動能增加量明顯大于重力勢能減少量，可能的原因是________。A．鉤碼總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量M

B．鉤碼總質(zhì)量m與滑塊質(zhì)量M相差不大C．氣墊導(dǎo)軌沒有調(diào)水平，且左高右低

D．氣墊導(dǎo)軌沒有調(diào)水平，且左低右高【典例4】（2022·全國·高三專題練習(xí)）阿特伍德機是英國數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿特伍德創(chuàng)制的一種著名力學(xué)實驗裝置，常用來研究勻變速直線運動的規(guī)律?，F(xiàn)對該裝置加以改進(jìn)，利用改進(jìn)后的裝置（如圖所示）驗證機械能守恒定律。輕繩兩端系著質(zhì)量均為M的重物A（含擋光片）、B（含掛鉤），物塊B上放一質(zhì)量為m的金屬片C，鐵架臺上固定一金屬圓環(huán)，圓環(huán)處在物塊B的正下方，金屬片C不能穿過圓環(huán)而B可以穿過，金屬片C到圓環(huán)的高度為h，固定在A上的擋光片到光電門的豎直距離也為h，擋光片的寬度d。（1）為了完成實驗還需要記錄或測量的物理量是______A．物塊B運動到圓環(huán)處的時間tB．擋光片到圓環(huán)的豎直距離lC．剛剛釋放時物塊AB之間的距離SKIPIF1<0D．擋光片穿過光電門的時間SKIPIF1<0（2）為了減小實驗誤差進(jìn)行多次實驗，改變物塊B的初始位置，使物塊B從不同的高度由靜止下落穿過圓環(huán)，記錄每次金屬片C與圓環(huán)間的高度h以及擋光片穿過光電門的時間SKIPIF1<0，通過描點作圖，為了得到一條過原點的直線，則應(yīng)該繪制的圖像是______（選填“h??t”、“SKIPIF1<0”、“SKIPIF1<0”），則該直線的斜率k=______（用字母m、g、M、d表示）?！镜淅?】（2022·浙江·高三專題練習(xí)）利用如圖1所示的裝置甲同學(xué)完成“探究功與物體速度變化關(guān)系”實驗，小車在橡皮筋的作用下沿著木板滑行。實驗中：（1）如圖1裝置中的打點計時器要接下面的哪種電源___________。（2）乙同學(xué)完成“驗證機械能守恒定律”等分組實驗，在圖3實驗器材中，既能用于“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”，還能用于“驗證機械能守恒定律”等分組實驗的是___________。（3）關(guān)于上面兩個實驗下列說法正確的是___________。A．甲同學(xué)可以利用紙帶上任意兩點間的距離求所需速度B．甲同學(xué)實驗時長木板傾斜的目的是使橡皮筋所做的功等于合力所做的功C．乙同學(xué)可以取紙帶上任意2個計時點進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 D．乙同學(xué)實驗時使重物靠近打點計時器釋放的目的是為了獲取更多的計時點（4）圖4是實驗中得到的紙帶①、②，請計算②紙帶計算b點對應(yīng)速度___________m/s，其中紙帶___________是驗證機械能守恒定律實驗得到的（填“①”或“②"）?！镜淅?】（2022·遼寧·沈陽二中三模）實驗小組同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計時器和拉力傳感器做“研究沿斜面下滑物體的機械能守恒”實驗，實驗裝置如圖甲所示，水平桌面上固定一帶有刻度尺的傾斜氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點處有一帶遮光條的長方形滑塊，用天平測得其總質(zhì)量為m。定滑輪與拉力傳感器之間的細(xì)繩是豎直的，定滑輪與滑塊之間的細(xì)繩平行于氣墊導(dǎo)軌。實驗步驟如下：①用圖乙所示的游標(biāo)卡尺測出測光條的寬度SKIPIF1<0______cm；②安裝好實驗器材，給氣墊導(dǎo)軌接上氣源，然后讀出拉力傳感器的示數(shù)F，同時從氣墊導(dǎo)軌刻度尺上讀出遮光條中心與光電門之間的距離L；③燒斷拉力傳感器與滑塊之間的細(xì)繩，讓滑塊滑向光電門并記錄遮光條通過光電門的時間t；④多次改變滑塊與光電門之間的距離，每次實驗測量相應(yīng)的L與t值，填入相應(yīng)的表格中。試分析下列問題：（1）小組同學(xué)根據(jù)測得的L與t的值，用描點法作出如圖丙所示的SKIP