高中物理微专题-实验七 验证机械能守恒定律训练

这是一份高中物理微专题-实验七 验证机械能守恒定律训练，共12页。试卷主要包含了实验目的，实验原理，实验器材，实验步骤，实验结论，误差分析，注意事项等内容，欢迎下载使用。
近三年真题考察分布
实验讲解
一、实验目的
验证机械能守恒定律。
二、实验原理
通过实验，求出做自由落体运动的物体重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。
三、实验器材
打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物（带夹子）、刻度尺、铁架台（带铁夹）、导线。
四、实验步骤
1．安装置：按实验原理图将检查、调整好的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mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。
（2）用mvmv＝mgΔh验证时，只要A、B之间的点迹清晰即可选用。
五、实验结论
在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒。
六、误差分析
1．测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，用刻度尺一次将所打各点对应的下落高度测量完，二是多测几次取平均值。
2．系统误差：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＝mv必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力。
七、注意事项
1．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．应选用质量大、体积小、密度大的重物。
3．应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落。
4．测重物下落的高度h应用刻度尺直接测量，计算某时刻的瞬时速度时应用vn＝，不能用或vn＝gt来计算。
直击考点
考点一 利用自由落体运动验证机械能守恒定律
1．在验证机械能守恒定律的实验中，某同学利用图（甲）中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图（乙）所示。在实验数据处理中，某同学取A、B两点来验证，已知打点计时器每隔0.02s打一个点，g取9.8m/s2，测量结果记录在下面的表格中。
(1)B点速度： m/s。
(2)若重物和夹子的总质量为0.6kg，那么在打A、B两点的过程中，动能增加量为 J，重力势能减少量为 J。（上述结果均保留3位有效数字）
(3)由上述计算得ΔEp ΔEk（选填“>”“ 存在空气阻力和摩擦阻力
【详解】(1)[1]B点的瞬时速度
(2)[2] A到B过程中，动能的增加量
[3]重力势能的减小量
(3)[4]由计算可得
[5]原因是存在空气阻力和摩擦阻力。
2． N 0.185 0.184 C
【详解】（1）验证机械能守恒时，我们验证的是减少的重力势能ΔEp=mgh和增加的动能ΔEk=mv2之间的关系，因N点能够测出h和v的数据，而M、P两点无法测出v，故选N点；
（2）减少的重力势能为ΔEp=mgh=0.185 J，N点的速度为vN==1.92 m/s，所以增加的动能为ΔEk==0.184 J；
（3）在实验误差允许的范围内可认为mgx=mv2，即v2与x成正比，故图C正确．
3． 2.4 0.58 0.60 9.7
【分析】本题考查验证机械能守恒定律的实验，由实验数据算出某一过程系统动能的增加量，和这一过程重力势能的减少量，再结合数据及公式进行分析。
【详解】(1)[1]根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，可知打第5个点时的速度为
(2)[2]物体的初速度为零，所以系统动能的增加量为
[3]重力势能的减小量等于物体重力做功，故系统重力势能减少量为
(3)[4]本题中根据机械能守恒可知
即有
所以作出的图象中，斜率表示重力加速度，由图可知斜率
故当地的实际重力加速度
4． 刻度尺
【详解】(1)[1]需要用“刻度尺”测量点之间的距离从而算出物体的运动速度和下降距离。
(2)[2]打下点“5”时物体的速度等于打下点“4”到点“6”间物体的平均速度，即
[3]由于下降，而上升，m1、m2组成的系统，重力势能的减少量
5． 小圆柱的质量
【详解】（1）[1]游标卡尺的读数即小圆柱的直径为
（2）[2]小球经过光电门的速度
根据机械能守恒定律得
所以只需要验证
即
就说明小圆柱下摆过程机械能守恒。
（3）[3][4]若测量出小圆柱的质量，在最低点根据牛顿第二定律
若等式
成立，则可验证向心力公式，可知需要测量小圆柱的质量。
6． AD
【分析】根据实验的原理分析验证机械能守恒，小球应选择质量大一些，体积小一些，光电门只能测出小球通过最低点的时间，即只能算出小球在最低点的速度；抓住重力势能的减小量和动能的增加量相等，得出机械能守恒满足的表达式；
【详解】解：(1)A、实验中，为尽量消除空气阻力影响，应选择质量大、体积小的小球，故A正确；
B、光电门只能测出小球通过最低点的时间，即只能算出小球在最低点的速度，若小球初速度不为零，无法计算小球动能增量，也无法验证机械能守恒定律，故B错误；
C、小球若从静止释放，将先做自由落体运动，绳绷紧瞬间，会有机械能损耗，无法验证机械能守恒定律，故C错误
D、小球从静止释放，越大，小球在最低点速度越大，瞬时速度计算越精确，故D正确；
故选AD．
(2)小球运动过程中，重力势能减少量，在最低点速度，即动能增加量，若实验能验证，即，则验证了机械能守恒定律．
7． 滑块和遮光条的质量M
【详解】(1)[1]根据瞬时速度的定义式可知，挡光条通过光电门的速率为
令滑块和遮光条的总质量为，托盘和砝码下落过程中，系统增加的动能为
根据题意可知，系统减少的重力势能即为托盘和砝码减小的重力势能，即为
为了验证机械能守恒，需满足的关系是
实验中还要测量的物理量为滑块和遮光条的总质量。
(2)[2]滑块从静止释放，运动到光电门的过程中，所要验证的机械能守恒的表达式
8． ； 9.8 斜面倾角越大，误差越小
【详解】（1）[1]根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可知D点的速度等于CE段的平均速度，则有：
；
（2）[2]取小球从A到B进行分析，则减小的重力势能为
增加的动能为
利用来处于数据，小球从A到B机械能守恒，则有：
，即，由此可知作出的图是一条经过原点的直线，斜率为；
（3）[3]在垂直斜面方向，根据平衡条件有：，若斜面倾角增大，则正压力减小，摩擦力减小，则误差越小.