第4講第六章機械能守恒定律實驗7：驗證機械能守恒定律目標(biāo)要求1.掌握用自由落體法驗證機械能守恒定律的實驗原理、操作、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等。2.會分析拓展、創(chuàng)新類實驗?？键c1實驗基本技能考點2實驗的遷移、拓展和創(chuàng)新內(nèi)容索引溫馨提示:點擊標(biāo)題鏈接相關(guān)內(nèi)容實驗基本技能贏在微點物理大一輪考點11.實驗原理。通過實驗，求出做自由落體運動物體重力勢能_________和對應(yīng)過程動能________，在實驗誤差允許范圍內(nèi)二者相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律。減少量增加量2.實驗器材。打點計時器、交流電源、紙帶、復(fù)寫紙、夾子、重物、鐵架臺(帶鐵夾)、__________、導(dǎo)線等。3.實驗步驟。(1)安裝器材：將檢查、調(diào)整好的打點計時器按如圖所示的裝置圖豎直固定在鐵架臺上，接好電路。刻度尺

【典例1】

(2024·浙江卷)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中。(1)下列操作正確的是_____。

B應(yīng)手提紙帶上端使紙帶豎直，同時使重物靠近打點計時器，由靜止釋放，B項正確。解析(2)實驗獲得一條紙帶，截取點跡清晰的一段并測得數(shù)據(jù)如圖所示，已知打點的頻率為50Hz，則打點“13”時，重錘下落的速度大小為________m/s(保留3位有效數(shù)字)。

3.34

解析(3)某同學(xué)用紙帶的數(shù)據(jù)求出重力加速度g=9.77m/s2，并用此g值計算得出打點“1”到“13”過程重錘的重力勢能減小值為5.09m，另計算得動能增加值為5.08m(m為重錘質(zhì)量)則該結(jié)果_______(填“能”或“不能”)驗證機械能守恒定律，理由是______(填選項字母)。

A.在誤差允許范圍內(nèi)B.沒有用當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭不能B該同學(xué)求出的g=9.77

m/s2是重錘受到空氣阻力時做勻加速運動的加速度，不是當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋?.09m也不是重力勢能的減少量。沒有當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊臄?shù)值，無法求出重力勢能的減少量，所以不能驗證機械能守恒定律，B項正確。解析【典例2】某同學(xué)用落體法驗證機械能守恒定律，裝置如圖甲所示。(1)實驗裝置中一處明顯的錯誤是____________________________。

打點計時器錯接在直流電源上打點計時器使用交流電源，由題圖可知，實驗裝置中一處明顯的錯誤是打點計時器錯接在直流電源上。解析(2)正確接好實驗裝置進行實驗，實驗打出的一條紙帶如圖乙所示，在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為xA、xB、xC。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T，重物的質(zhì)量為m，從打下O點到打下B點的過程，重物的重力勢能減少量ΔEp=_______，動能增加量ΔEk=

。(均用已知物理量符號表示)mgxB

解析

重力加速度g先釋放重物，后接通打點計時器，致使計時器打點時，重物已經(jīng)具有了一定的速度

解析實驗的遷移、拓展和創(chuàng)新贏在微點物理大一輪考點2考向1

實驗裝置改變【典例3】小明利用圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，所用器材包括：安裝phyphoxAPP的智能手機、鐵球、刻度尺、鋼尺等。(1)下列實驗操作步驟，正確順序是_____________。①將質(zhì)量為m的鐵球放在鋼尺末端②迅速敲擊鋼尺側(cè)面，鐵球自由下落③傳感器記錄下聲音振幅隨時間變化曲線④將鋼尺伸出水平桌面少許，用刻度尺測出鋼尺上表面與地板間的高度差h⑤將手機位于桌面上方，運行手機中的聲音“振幅”(聲音傳感器)項目④①⑤②③

首先應(yīng)將鋼尺伸出水平桌面，用刻度尺測出鋼尺上表面與地板間的高度差，然后將鐵球放在鋼尺末端，手機開始運行手機中的聲音“振幅”(聲音傳感器)項目，再迅速敲擊鋼尺側(cè)面，使鐵球自由下落，此時傳感器即可記錄下聲音振幅隨時間變化曲線，故操作步驟順序為④①⑤②③。解析(2)聲音振幅隨時間變化曲線如圖乙所示，第一、第二個尖峰的橫坐標(biāo)分別對應(yīng)鐵球開始下落和落地時刻，對應(yīng)的時間間隔t=______s。

由題圖乙可知，時間間隔為0.40

s。解析0.40(3)若鐵球下落過程中機械能守恒，則應(yīng)滿足等式：mgh=__________(用m、h、t表示)。

解析

(4)若敲擊鋼尺側(cè)面時鐵球獲得一個較小的水平速度，對實驗測量結(jié)果_______(填“有”或“沒有”)影響。

若敲擊鋼尺側(cè)面時鐵球獲得一個較小的水平速度，不會影響小球的落地時間，故對實驗測量結(jié)果沒有影響。解析沒有考向2

實驗方案創(chuàng)新【典例4】某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。主要實驗步驟如下：①用游標(biāo)卡尺測量擋光片的寬度d，用量角器測出氣墊導(dǎo)軌的傾角θ；②測量擋光片到光電門的距離L；③由靜止釋放滑塊，記錄數(shù)字計時器顯示擋光片的擋光時間t；④改變L，測出不同L所對應(yīng)的擋光時間t；⑤用天平測出滑塊和擋光片的總質(zhì)量m；根據(jù)上述實驗步驟請回答：(1)滑塊通過光電門時速度的表達式v=______(用實驗中所測物理量符號表示)。

解析

(2)滑塊下滑至光電門的過程中，動能的增加量為ΔEk=__________；重力勢能的減小量為ΔEp=__________。

解析

mgLsinθ

解析

考向3

實驗?zāi)康母淖儭镜淅?】

(2022·廣東卷)某實驗小組為測量小球從某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機械能損失，設(shè)計了如圖甲所示的裝置，實驗過程如下：(1)讓小球從某一高度由靜止釋放，與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈。調(diào)節(jié)光電門位置，使小球從光電門正上方釋放后，在下落和反彈過程中均可通過光電門。(2)用螺旋測微器測量小球的直徑，示數(shù)如圖乙所示，小球直徑d=_________________mm。

7.884(7.883也可)小球的直徑d=7.5

mm+38.4×0.01

mm=7.884

mm，考慮到偶然誤差，讀成7.883

mm也可以。解析(3)測量時，應(yīng)_____(填“A”或“B”，其中A為“先釋放小球，后接通數(shù)字計時器”，B為“先接通數(shù)字計時器，后釋放小球”)。記錄小球第一次和第二次通過光電門的遮光時間t1和t2。

在測量時，因小球下落時間很短，如果先釋放小球，有可能會出現(xiàn)時間記錄不完整，所以應(yīng)先接通數(shù)字計時器，再釋放小球，故選B。解析B(4)計算小球通過光電門的速度，已知小球的質(zhì)量為m，可得小球與橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機械能損失ΔE=_________________(用字母m、d、t1和t2表示)。