1、2021届全国新高考物理精品备考验证机械能守恒定律一、基本原理与操作二、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，一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，Epmghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力.三、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.【基础自测】在用落体法验证机械能守恒定律的实验中：_，为此，所选择
2、的纸带第 1、2 两点间的距离应接近_.(2)若实验中所用重物的质量 m1 kg.打点纸带如图 S6-1 所示，打点时间间隔为 0.02 s，则记录 B 点时，重物的速度 vB_，重物的动能 EkB_，从开始下落起至 B 点时重物的重力势能减少量是_，由此可得出的结论是_.图 S6-1 物体的重力势能减小量为EpBmgh19.817.61030.172 J.故在误差允许范围内机械能守恒.答案：(1)打第 1 个点时重物的初速度为零2 mm(2)0.585 m/s0.171 J0.172 J在误差允许范围内机械能守恒考点 1基本实验原理与实验操作的考查【典题 1】(2017 年天津卷)如图 S6
3、-2 所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律.图 S6-2(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_.A.重物选用质量和密度较大的金属锤B.两限位孔在同一竖直面内上下对正C.精确测量出重物的质量D.用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到 50 Hz 的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图 S6-3 所示.纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中 O 点为纸带上打出的第一个点.重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验
4、证机械能守恒定律的选项有_.图 S6-3A.OA、AD 和 EG 的长度C.BD、CF 和 EG 的长度B.OC、BC 和 CD 的长度D.AC、BD 和 EG 的长度解析：(1)重物选用质量和密度较大的金属锤，能够减小空气阻力的影响，以减小误差，A 正确；两限位孔在同一竖直面内上下对正，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，物质量可以消掉，无须精确测量出重物的质量，C 错误；用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物对减小实验误差无影响，D 错误.答案：(1)AB (2)BC方法技巧：(1)安装打点计时器时要竖直架稳，使两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力.(2)重物应选用质量大、体积小
5、、密度大的材料.(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落.(4)纸带长度应选用 60 cm 左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量.考点 2数据处理与误差分析【典题 2】(2019 年河南联考)采用重物自由下落“验证机械能守恒定律”的实验装置如图 S6-4 甲所示，已知打点计时器所用电源的频率为 50 Hz，当地的重力加速度 g9.80 m/s2.甲乙图 S6-4(1)实验室可供选择的重物如下，最合理的是_.A 质量为 10 g 的石块C.质量为 200 g 的木球B 质量为 100 g 的钩码D.质量为 500 g 的塑料球(2)用正确选择的重物进行实验，得到一条符合
6、实验要求的纸带如图乙所示，O 为纸带下落的起始点，A、B、C 为纸带上选取的三个连续点.重物由 O 点运动到 B 点的过程中，动能的增加量为_J，重力势能的减少量为_J(以上两空计算结果均保留三位有效数字).这两者不相等的原因可能是_(任意答一条即可).解析：(1)为减小空气阻力对实验的影响，为减小实验误差，应选择质量为 100 g 的钩码作为重物，故选 B.答案：(1)B (2)0.450 0.453重物下落过程中有空气阻力或纸带受到的摩擦力的影响本实验可从多个角度进行创新：(1)实验器材的创新：利用光电门测出挡光条通过光电门的时间t，从而利用利用气垫导轨代替长木板，减小阻力对实验结果的影响
7、.(2)实验数据处理的创新：将滑块、挡光条、托盘和砝码看作一个系统来验证系统机械能守恒.(3)本实验还可以从以下两个方面创新：整个实验装置可以放在真空的环境中操作，如用牛顿管和频闪照相进行验证，以消除由于空气阻力作用而带来的误差.考向 1 利用光电门验证机械能守恒定律【典题 3】(2019 年吉林长春二模)某实验小组利用图 S6-5甲所示的实验装置验证机械能守恒定律.小钢球由静止释放自由下落过程中，计时装置测出小钢球通过光电门的时间为 t，用小钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度.测出刚释放时钢球球心到光电门间的距离为 h，当地的重力加速度为 g，小钢球所受空气阻力可忽略不
8、计.甲乙图 S6-5(1)先用游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢球直径 d_cm.(2)要验证小钢球的机械能是否守恒，需要满足的方程是_.(用题中所给字母表示)(3)实验中小钢球通过光电门的平均速度_(填“大于”或“小于”)小钢球球心通过光电门时的瞬时速度.解析：(1)该游标卡尺为 20 分度，精度为 0.05 mm.钢球直径 d10.00 mm1.000 cm.(3)用小钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度，而小钢球通过光电门的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，而做匀变速直线运动的质点中间时刻的瞬时速度小于中间位移的瞬时速度，所以实验中小钢球通过光电门的平均速度“小
9、于”小钢球球心通过光电门时的瞬时速度.考向 2对两个物体组成的系统验证机械能守恒【典题 4】用如图 S6-6 甲所示的实验装置验证 m1、m2 组成的系统机械能守恒.m2 从高处由静止开始下落，m1 上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.如图乙给出的是实验中获取的一条纸带，0 是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有 4 个点(图中未标出)，所用电源的频率为 50 Hz.已知 m150 g、m2150 g.(结果均保留两位有效数字)，则：甲乙丙图 S6-6(1)在纸带上打下计数点 5 时的速度 v5_m/s.(2)在打下 0 点到第 5 点的过程中系统动能的增量Ek _J，系统重力势能的减少量Ep_J.(当地的重力加速度 g 取 10 m/s2)答案：(1)2.4 (2)0.58 0.60 (3)9.7
