高考物理一轮复习单元综合训练专题35 验证机械能守恒定律（2份，原卷版+解析版）

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教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理
误差分析：
1.减小测量误差:一是测下落距离时都从0点量起,依次将各打点对应下落高度测量完,二是多测几次取平均值。
2.误差来源: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=12mvn2必定稍小于重力势能的减少量ΔEp=mghn,改进办法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力。
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少摩擦阻力。
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。
4.测长度,算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用vn=hn+1-hn-12T,不能用vn=2ghn或vn=gt来计算。
【例1】某学习小组利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。
（1）在本实验中，还需要用到的实验器材有 。
A．刻度尺 B．低压交流电源 C．低压直流电源 D．天平
（2）实验中，先接通电源，再释放重锤，得到下图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T，重锤的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重锤重力势能的减少量 ，重锤动能的增加量是 ，若在误差允许的范围内，重锤的重力势能减少量与动能增加量近似相等，则可验证机械能守恒。（用上述测量量和已知量的符号表示）
（3）有同学在纸带上选取多个计数点，分别测量它们到起始点O的距离为h，并计算出各计数点对应的速度v，画出图像。若阻力作用不可忽略且大小不变，已知当地重力加速度为g，则画出的图像应为图中的图线 （选填“1”“2”或“3”），其斜率 2g（选填“小于”“大于”或“等于”）。
新高考的改进创新实验
单物体光电门法
【例2】用图示装置验证机械能守恒定律。实验前调整光电门位置使直径为d的小球下落过程中球心通过光电门中的激光束。实验中通过断开电磁铁开关使小球从A点下落，经过B点处的光电门，记录挡光时间，测出小球在AB间下落的距离h。竖直移动光电门，改变光电门的高度，重复上述步骤，测得多组h及相应的，已知当地重力加速度为g。

（1）小球通过光电门速度的表达式为 。
（2）根据测量数据可描绘 （选填“”、“”、“”、“”）图象来验证机械能是否守恒。若图象是过原点的倾斜直线，且直线斜率 ，可验证下落物体的机械能守恒。
（3）不更换小球，请你提出一种减小实验误差的方法： 。
系统光电门法
【例3】如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为M的滑块（含遮光条）和质量为m的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为t1、t2，光电门A、B之间的距离为s，滑块运动通过光电门B时，钩码未落地。（重力加速度大小为g）

（1）实验中，下列实验器材不需要的是
A．天平 B．刻度尺 C．打点计时器 D．秒表
（2）滑块先后通过A、B两个光电门时的瞬时速度大小分别为 、 。（用题中给定字母表示）
（3）验证本系统机械能守恒的表达式为 。（用题中给定字母表示）
（4）下列情况中可能增大实验误差的是
A．气垫导轨未调至完全水平
B．滑块质量M和钩码质量m不满足m