新高考物理一轮复习精讲精练第32讲 实验6验证机械能守恒定律-（讲义）（2份，原卷版+解析版）

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考点一 实验：探究平抛运动的特点
基础过关
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__运动物体的_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
铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带夹子)。
四、实验步骤
1．安装置
(1)按原理图所示将打点计时器_竖直__固定在铁架台上，接好电路。
(2)将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔。
2．打纸带：用手提着纸带使重物静止在靠近_打点计时器__的位置，先接通电源，后松开纸带，让重物下落。更换纸带重复做3～5次实验。
3．选纸带：分两种情况说明
(1)用eq \f(1,2)mveq \\al(2,n)＝mghn验证时，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离小于或接近_2__mm的纸带。
(2)用eq \f(1,2)mveq \\al(2,B)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,A)＝mgΔh验证时，纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm均可。
五、数据处理及验证方案
1．求瞬时速度
由公式vn＝ eq \f(hn＋1－hn－1,2T) 可以计算出重物下落h1、h2、h3、…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3、…。
2．验证守恒
方法一：利用起始点和第n点计算，计算ghn和eq \f(1,2)veq \\al(2,n)，如果在实验误差允许的范围内，ghn＝eq \f(1,2)veq \\al(2,n)，则验证了机械能守恒定律。
方法二：任取两点A、B测出hAB，算出ghAB和eq \f(1,2)veq \\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \\al(2,A)的值，如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝eq \f(1,2)veq \\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \\al(2,A)，则验证了机械能守恒定律。
方法三：图像法。从纸带上选取多个点，测量从第一个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eq \f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出eq \f(1,2)v2－h图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。
六、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＝ eq \f(hn＋1－hn－1,2T) ，不能用vn＝eq \r(2ghn)或vn＝gt来计算。
七、误差分析
1．系统误差
本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故ΔEk”“=”或“
(2)4.700
(3)
【详解】（1）为了使下落过程中挡光片经过光电门，故需满足
（2）根据螺旋测微器的读数原理可知，挡光片的宽度为
（3）经过光电门时的瞬时速度为
系统重力势能的减少量为
系统动能的增加量为
则系统机械能守恒的表达式为
【例10】（2025·福建三明·三模）某学习小组设计了图甲的装置来验证机械能守恒定律。钩码A、B通过一绕过光滑定滑轮的轻质细绳相连接，轻质挡光片固定于钩码A上，钩码A、B的质量均为。初始时，挡光片中心线与光电门发光孔之间的高度差为h，现将另一质量为的小钩码C轻轻挂在B上，系统由静止开始运动，测得光电门的挡光时间为。
(1)用游标卡尺测量挡光片的宽度d，如图乙，则 mm。
(2)挡光片通过光电门的速度大小为 用题中字母表示。
(3)运动过程中，钩码B与C组成的系统机械能 填“守恒”或“不守恒”）。
(4)若满足关系式 用题中字母表示，则可验证钩码A、B、C与轻绳组成的系统机械能守恒。
【答案】(1)4.0
(2)
(3)不守恒
(4)
【详解】（1）根据游标卡尺的读数规律，该读数为
（2）根据光电门的测速原理可知，挡光片通过光电门的速度大小为
（3）对钩码B与C组成的系统进行分析，细绳拉力对该系统做负功，则该系统机械能减小，即钩码B与C组成的系统机械能不守恒。
（4）钩码A、B、C与轻绳组成的系统进行分析，系统重力势能的减少量
系统动能的增加量
若钩码A、B、C与轻绳组成的系统机械能守恒，则有
解得
核心考点
TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc13178" 考点一 实验：探究平抛运动的特点 PAGEREF _Tc13178 \h 1
\l "_Tc7065" 考点二 创新实验提升 PAGEREF _Tc7065 \h 10