课时21 实验：验证机械能守恒定律 复习学案（含答案）2024年江苏省普通高中学业水平合格性物理考试

课时21　实验：验证机械能守恒定律
1.实验器材
铁架台（带铁夹）、　　　　、重物（带夹子）、纸带（数条）、复写纸、导线、　　　　、低压交流电源.
2.实验步骤
（1）安装置：把调整好的打点计时器固定在铁架台上，使两限位孔在同一　　　　线上，接好电路.
（2）打纸带：
①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，用夹子夹住纸带使重物静止在　　　　打点计时器的地方；
②先　　　　，后　　　　，让重物带着纸带自由下落；
③关闭电源，取下纸带.更换纸带重复做3～5次实验.
（3）选纸带：选取　　　　且第1、2两点间距接近　　　　的纸带.
3.验证方案
方案一：利用起始点和第n点计算，代入ghn和，如果在实验误差允许的范围内，ghn＝，则验证了机械能守恒定律.
方案二：任取两点计算，先任取两点A、B测出hAB，算出ghAB，再算出－的值.如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝－，则验证了机械能守恒定律.
方案三：图像法.从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，绘出v2－h图线，若是一条过原点且斜率为　　　　的直线，则验证了机械能守恒定律.
1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须要称出重物和夹子的质量.（　　）
2.在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须用秒表测出重锤下落的时间.（　　）
3.安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力.（　　）
4.在“验证机械能守恒定律”的实验中，可以利用公式v＝gt计算重物的速度.（　　）
1.实验方案
实验可以不测量重物的质量.因为验证机械能守恒定律的表达式时，式子两边重物的质量m可以约去.
实验时，需要从重物下落的起始点开始算起，这时需要挑选第1、2点间距离接近2 mm，且点迹清晰的纸带进行测量.
【例1】（2024届江苏合格性考试模拟）在“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（　　）
A.实验中必须用天平测量重物的质量
B.打点计时器的两个限位孔应在同一竖直线上
C.需使用秒表测出重物下落的时间
D.打点结束应先检查纸带点迹是否清晰，再关闭电源
【例2】（2024届徐州合格性考试模拟）在研究重物自由下落过程中机械能守恒的实验中，得到如图所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是后面的一些点.算出打下B、C两点时，重物的速度分别是vB、vC，测得B、C两点间的距离为h，那么验证机械能守恒的表达式可写为（　　）
A.gh＝－　　B.gh＝－
C.vC＝vB＋aT　　D.＋＝2gh
2.对实验误差的分析以及注意事项
（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小摩擦阻力.
（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.
【例3】（2024届江苏合格性考试模拟）如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置，下列说法正确的是（　　）
A.释放纸带时，重锤应尽量远离打点计时器
B.可以利用公式v＝gt计算重物的速度
C.由于阻力，重锤重力势能的减少量大于动能的增加量
D.交流电源的实际频率若小于50 Hz，算得的动能偏小
1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列释放纸带的操作正确的是（　　）
AB
CD
2.做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必须选取的器材是图中的（　　）
A.a和c　　B.a和d　　C.b和c　　D.b和d
3.（2024届盐城合格性考试模拟）在用电磁打点计时器“研究自由下落物体的机械能”的实验中，为减少阻力对实验的影响，下列操作可行的是（　　）
A.选用塑料材质的重物
B.将纸带安装在振针和复写纸之间
C.释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直
D.重锤下落时手始终提住纸带上端，以保持纸带竖直
4.（2024届扬州合格性考试模拟）在做“验证机械能守恒定律”实验时，装置如图所示：
（1）实验中有以下几个主要步骤：
a.接通电源
b.处理数据
c.松开纸带
d.安装纸带并悬挂重物
e.把打点计时器固定在铁架台上
以上步骤合理的顺序是　　　　.
（2）某同学选得纸带如图所示，其中O点是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的三个点，相邻点之间时间间隔为T，O点到A、B、C各点的距离分别为hA、hB、hC，重力加速度为g，则只要验证关系式　　　　就能验证OB过程重物自由下落过程机械能守恒.
课时21　实验：验证机械能守恒定律
【一过考点】
1.打点计时器　刻度尺
2.（1）竖直　（2）靠近　接通电源　松开纸带
（3）点迹清晰　2 mm
3.g
【二过易错】
1.×　2.×　3.√　4.×
【三过典题】
【例1】B　【解析】验证机械能守恒定律时，重物重力势能的减少量ΔEp＝mgh，重物动能的增加量ΔEk＝m（－），验证两者是否相等时，可把质量消去，不需要测量质量，A错误；自由落体运动是在竖直方向上的运动，所以为了减小实验过程中的摩擦，打点计时器的两个限位孔应在同一竖直线上，B正确；打点计时器是一种计时仪器，不需要秒表测量时间，C错误；打点结束后先关闭电源，再检查纸带，D错误.
【例2】B　【解析】从B→C的过程，ΔEp减＝mgh，ΔEk增＝m－m，所以需验证的表达式为mgh＝m－m，即gh＝－，B正确，A、C、D错误.
【例3】C　【解析】为了充分利用纸带，减少实验误差，释放纸带时，重锤应尽量靠近打点计时器，A错误；求解各点的速度，运用某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解，不能根据v＝gt计算重物的速度，因为重物下落过程受到一定的阻力作用，使得重物的实际加速度小于g，B错误；由于阻力，重锤重力势能的减少量大于动能的增加量，C正确；交流电频率小于50 Hz时，会导致速度测量值偏大，导致算得的动能偏大，D错误.
【四过集训】
1.A
2.D　【解析】实验中验证重锤重力势能的减少量和动能的增加量是否相等，所以需要重锤，为了减小阻力的影响，重锤选择质量大一些、体积小一些的，故需要b，不需要a；打点计时器可以直接记录时间，不需要秒表；实验中需要刻度尺测量点迹间的距离，从而求解瞬时速度和下降的高度，D正确，A、B、C错误.
3.C　
4.（1）edacb　（2）ghB＝
【解析】（1）实验中合理的步骤顺序为：把打点计时器固定在铁架台上，安装纸带并悬挂重物，接通打点计时器电源，松开纸带，处理数据，即合理的顺序是edacb.
（2）设重物的质量为m，OB过程重物减少的重力势能为ΔEP＝mghB，根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则有vB＝＝，
OB过程重物增加的动能为ΔEk＝m－0＝m.验证OB过程重物自由下落过程机械能守恒的表达式为ΔEP＝ΔEk，即ghB＝.