实验06　验证机械能守恒定律-2021年高考物理二轮复习实验专题强化训练（解析版）

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实验 06
　
验证机械能守恒定律
对点训练----练基础 固知识
例1　“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用如图所示的甲或乙方案来进行.
(1)比较这两种方案,
　　　　
(填“甲”或“乙”)方案好些.
(2)该同学开始实验时情形如图丙所示,接通电源释放纸带.请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误
或不当的地方:
①;W
②.
(3)该实验中得到一条纸带,且测得每两个计数点间的距离如图丁所示.已知相邻两个计数点之间的时间间隔
T=0.1 s.则物体运动的加速度 a=
　　　　
;该纸带是采用
　　　　
(填“甲”或“乙”)实验方案得到的.
【答案】　(1)甲
　
(2)①打点计时器接了直流电源
　②
重物离打点计时器太远
　
(3)4.8 m/s2
　
乙
【解析】 由 Δx=aT2,利用逐差法得到物体运动的加速度 a≈4.8 m/s2.若用自由落体实验测得物体运动的加速
度a应该接近 10 m/s2,所以该纸带是采用乙实验方案得到的.
例2在用落体法验证机械能守恒定律时,某同学按照正确的操作选得纸带如图所示.其中 O是起始点,
A、B、C是打点计时器连续打下的 3个点.该同学用毫米刻度尺测量 O到A、B、C各点的距离,并记录在图中
(单位 cm).
(1)这三个数据中不符合读数要求的是
　　　　
,应记作
　　　　
cm.
(2)该同学用重锤在 OB 段的运动来验证机械能守恒,已知当地的重力加速度 g=9.80 m/s2,他用 AC 段的平均速
度作为跟 B点对应的物体的瞬时速度,则该段重锤重力势能的减少量为
　　　　
,而动能的增加量为
(均保留 3位有效数字,重锤质量用 m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量
　　　　
动能的
增加量,原因是
.
【答案】　(1)15.7
　
15.70
　
(2)1.23 J
　
1.20 J
　
大于
　
有阻力做负功
【解析】 本实验测量长度用的是毫米刻度尺,故三个数据中 15.7是不合理的,应记做 15.70,最后一位是估
读;O点到 B点的距离 h=12.54 cm,故减少的势能 ΔEp=mgh=1.23m;计算 O点到 B点的动能增加量,应先计算出
B点的瞬时速度 vB,由图可知:vB=
xAC
2T
=
0.157 0−0.0951
2×0.02
m/s=1.547 5 m/s 故ΔEk=
1
2
m
vB
2
=1.20m
由以上数据可知 ΔEp>ΔEk,其原因在于纸带与限位孔之间有摩擦或空气阻力对实验也有影响.
能力训练----研典题 导解法
训练点 1
　
教材原型实验的基本技能
典例 1　(2020·河南模拟)如图所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置.(g取9.80 m/s2)
(1)选出一条清晰的纸带如图甲所示,其中 O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个计数点,打点计
时器通以频率为 50 Hz 的交变电流.用分度值为 1 mm 的刻度尺测得 OA=12.41 cm,OB=18.90 cm,OC=27.06 cm,
在计数点 A和B、B和C之间还各有一个点,重锤的质量为 1.00 kg.甲同学根据以上数据算出:当打点计时器打
到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了
　　　　
J;此时重锤的速度 vB=
　　　　
m/s,此时重锤的动
能比开始下落时增加了
　　　　
J.(结果均保留 3位有效数字)W
(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离 h,算出了
各计数点对应的速度 v,然后以 h为横轴、以
1
2
v2为纵轴作出了如图乙所示的图线,图线的斜率近似等于
.
　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.19.6 B.9.8 C.4.90
图线未过原点 O的原因是 .
【答案】　(1)1.85
　
1.83
　
1.67
　
(2)B
　
先释放了纸带,后合上打点计时器的开关
【解析】 (1)当打点计时器打到 B点时,重锤的重力势能减小量ΔEp=mg·OB=1.00×9.80×18.90×10-2 J≈1.85 J;打
B点时重锤的速度 vB=
=
(27.06-12.41)×1 0-2
4×0.02
m/s≈1.83 m/s,此时重锤的动能增加量 ΔEk=
1
2
m
vB
2
=
1
2
×1.00×1.832 J≈1.67 J.
(2)由机械守恒定律有
1
2
mv2=mgh,可得
1
2
v2=gh,由此可知图线的斜率近似等于重力加速度 g,故B正确.由图线
可知,h=0时,重锤的初速度不等于零,原因是该同学做实验时先释放了纸带,然后才合上打点计时器的开关.
训练点 2
　
实验拓展与创新
典例 2 (2020·四川模拟)如图所示的装置可用来验证机械能守恒定律.摆锤A拴在长为 L的轻绳一端,轻绳另
一端固定在 O点,在A上放一个质量很小的小铁块,现将摆锤拉起,使绳与竖直方向成 θ角,由静止开始释放摆
锤,当其到达最低位置时,受到竖直挡板 P的阻挡而停止运动,之后铁块将飞离摆锤做平抛运动.
(1)为了验证摆锤在运动过程中机械能守恒,必须求出摆锤在最低点的速度.为了求出这一速度,还应测量的物
理量有
　　　　
.
(2)用测得的物理量表示摆锤在最低点的速度 v=
　　　　
.
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