广东学业水平测试物理冲A学案 第10章10.4　探究动能定理、验证机械能守恒定律 Word版含答案

探究动能定理、验证机械能守恒定律
[基础知识填充]
验证机械能守恒定律
实验目的：验证机械能守恒定律．
实验原理：在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能守恒．根据物体做自由落体运动时打点计时器打出的纸带，用米尺测出重锤下落的高度h，求出对应点的瞬时速度v，从而验证物体在自由下落过程中，重力势能的减少量ΔEp＝mgh与物体动能的增加量ΔEk＝mv2是否相等．
实验器材：电磁(电火花)打点计时器、纸带、复写纸、低压交流电源、开关、导线若干、铁架台、铁夹、重锤、刻度尺．
实验步骤
1．把电磁打点计时器竖直地固定在铁架台上，打点计时器的两根导线接在低压交流电源上．
2．将纸带固定在重锤上，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带，使重锤靠近打点计时器，如图所示．
3．接通电源，释放纸带让重物自由下落，计时器就在纸带上打出一系列点来．
4．换几条纸带，重复上述步骤．
5．在打出的纸带中选择点迹清晰，第1、2点间距约为2 mm的纸带进行测量．
6．在挑选的纸带上记下第一点的位置O，并在纸带上从任意点开始选取几个点1、2、3…并测量出各点到位置O的距离．这些距离就是物体运动到点1、2、3…时下落的高度h1、h2、h3…
7．利用公式v＝分别求出物体在打下点2、3…时的瞬时速度v2、v3…
8．把得到的数据填入表格，算出重锤运动到点2、3…时减少的重力势能mgh2、mgh3…再算出物体运动到点2、3…时增加的动能mv、mv…比较mv与mgh2、mv与mgh3…是否在实验误差允许的范围内相等．
[学考真题对练]
1．(2019·广东学业水平考试)在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是(　　)
A．重锤及纸带下落过程中有阻力做功
B．选用的重锤质量较大
C．重锤离地面较高
D．重锤离地面较低
答案：A
2．(2015·广东学业水平考试)在落体法“验证机械能守恒定律”实验中，不需要使用的器材是(　　)
A．重锤　　　　　　　　 B．纸带
C．螺旋测微器 D．打点计时器
答案：C
3．(2015·广东学业水平考试)某同学设计的“验证机械能守恒定律”实验，操作步骤有：①将打点计时器固定在铁架台上；②松开纸带，重物自由下落；③更换纸带，重复实验几次；④接通电源，打点计时器开始工作；⑤将连接重物的纸带穿过打点计时器．实验操作顺序正确的是(　　)
A．①②③④⑤ B．⑤④①③②
C．①⑤④②③ D．④⑤①②③
答案：C
　
1.探究动能定理数据的处理方法(图象法)
从打下O点到打下2、3、4、5点的过程中，合外力F(等于重物的重力)对重物做的功W等于物体动能的改变ΔEk，可由下式计算：mgs＝mv2，动能定理即被验证．
2．验证机械能守恒定律数据处理及注意事项
数据处理
计算纸带上某个点的速度v及距离初始点的高度h，看是否满足动能定理mgh＝mv2.
注意事项
①实验中打点计时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力．
②实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后再松手让纸带、重物下落．
③打点计时器必须接交流电源．
④重物的选择应是质量较大，从而使重力远大于下落过程中所受的阻力，实现减小实验误差的目的．
⑤选用纸带时应尽量挑第一、二点间距离接近2 mm的纸带．
⑥计算下落高度时，都必须从起始点算起，不能搞错．为了减小测量h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，但纸带也不宜过长，有效长度可在60 cm～80 cm内．
⑦因为实验要求第一个点对应重物开始下落的时刻，这就要尽量使每点是清晰的小点，为此提起纸带的手要保持不动，待接通电源，打点计时器正常工作后再松开纸带．
⑧实验中，只要验证gh是否等于v2/2即可，不用测量重物的质量．
[最新模拟快练]
1．(2018·惠州学考模拟)利用重锤下落探究外力做功与物体动能变化的实验中，下面叙述正确的是(　　)
A．应该用天平称出物体的质量
B．应该选用点迹清晰、特别是第一点没有拉成长条的纸带
C．操作时应先放纸带再通电
D．打点计时器应接在电压为4～6 V的直流电源上
答案：B
2．(2019·梅州学测模拟)某位同学用落体法做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤错误的是(　　)
A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源
B．将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度
C．先释放纸带，再接通电源
D．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据
答案：C
3．(2018·肇庆学考模拟)在做验证机械能守恒定律的实验时，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的原因是(　　)
A．选用的重锤质量过大
B．选用的重锤质量过小
C．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
D．实验时操作不够细，实验数据测量不准确
答案：C
4．(2018·梅州学考模拟)在“验证机械能守恒定律”的实验中，需直接测量的物理量是(　　)
A．重物的质量
B．重力加速度
C．重物下落的高度
D．与下落高度对应的重物的瞬时速度
答案：C
5.(2019·惠州学测模拟)用如图所示的装置来“验证机械能守恒定律”时，有关实验误差的分析，下列说法正确的是(　　)
A．重锤质量称量不准会造成较大的误差
B．重锤质量选用大些的，有利于减小误差
C．重锤质量选用小些的，有利于减小误差
D．重锤质量的大小不影响本实验的误差
答案：B
6．(2018·台山学考模拟)“验证机械能守恒定律”的实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是(　　)
A．重物的质量过大
B．重物的体积过小
C．电源的电压偏低
D．重物及纸带在下落时受到阻力
答案：D
7．(2018·清远学考模拟)用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置，如图所示．关于这一实验，下列说法中正确的是(　　)
A．打点计时器应接直流电源
B．应先释放纸带，后接通电源打点
C．需使用秒表测出重物下落的时间
D．测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度
答案：D
8．(2019·肇庆学测模拟)(多选)我们在用自由落体法来“验证机械能守恒定律”的实验中，应该(　　)
A．选用秒表来计时
B．选用打点计时器计时
C．用交流电源给打点计时器供电
D．用直流电源给打点计时器供电
答案：BC
9．(2018·从化学考模拟)(多选)在探究功与物体速度变化关系的实验中，根据所获得的数据作图，则下列图线可能正确的是(　　)
答案：AC