2019年高考物理一轮复习专题03验证动能定理机械能守恒定律含解析(1)

验证动能定理、机械能守恒定律

【纲要导引】

验证动能定理、机械能守恒定律是力学实验的常考类型，实验器材与验证牛二类似，一般用打点计时器打出的纸带计算瞬时速度、测两点间距，从而求出动能变化和势能变化或重力做功。

【点拨练习】

考点一 重锤铁架台

.【年四川】有条用打点计时器（所用交流电频率为）打出的纸带、、、，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的。为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为、、。请你根据下列、、的测量结果确定该纸带为。（已知当地的重力加速度为）

.

. .

【答案】

【解析】由相邻等时间位移差公式可得，打点计时器打点间距之差应略小于毫米，故选择

. 【年新课标】(分)某同学用图（）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有、和，打出纸带的一部分如图（）所示。

该同学在实验中没有记录交流电的频率，需要用实验数据和其他条件进行推算。

（）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用和图（）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打

出点时，重物下落的速度大小为，打出点时重物下落的速度大小为，重物下落的加速度的大小为. （）已测得算出

为。

，

，

；⑵

各相邻点之间时间间隔相同，因此点应是从

运动到的

，

，

；当重力加速度大小为

，试验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的。由此推

【答案】⑴

【解析】⑴由于重物匀加速下落，

过程的中间时刻，由匀变速直线运动的推论可得： 点的速度由于同理可得

等于

段的平均速度，即

，故

匀加速直线运动的加速度

故①

⑵重物下落的过程中，由牛顿第二定律可得：

②

由已知条件 由②③得 代入①得：

，代入数据得

③

．（?天津）如图所示，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。

①对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是。 ．重物选用质量和密度较大的金属锤 ．两限位孔在同一竖直面内上下对正 ．精确测量出重物的质量

．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，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中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证机械能守恒定律的选项有。

．、和的长度 ．、和的长度 ．、和的长度 ．、和的长度

【答案】①； ②。

【解析】①、实验供选择的重物应该相对质量较大、体积较小的物体，这样能减少摩擦阻力的影响，从而减小实验误差，故正确。

、为了减小纸带与限位孔之间的摩擦图甲中两限位孔必须在同一竖直线，这样可以减小纸带与限位孔的摩擦，从而减小实验误差，故正确。

、因为我们是比较、的大小关系，故可约去，不需要测量重锤的质量，对减小实验误差没有影响，故错误。 、实验时，先接通打点计时器电源再放手松开纸带，对减小实验误差没有影响，故错误。 ②根据这段时间内的平均速度等于中时刻瞬时速度，结合动能与重力势能表达式，

、当、和的长度时，只有求得点与的中点的瞬时速度，从而确定两者的动能变化，却无法求解重力势能的变化，故错误；

、当、和的长度时，同理，依据和的长度，可求得点的瞬时速度，从而求得到点的动能变化，因知道间距，则可求得重力势能的变化，可以验证机械能守恒，故正确；

、当、和的长度时，依据和的长度，可分别求得点与点的瞬时速度，从而求得动能的变化，再由确定重力势能的变化，进而得以验证机械能守恒，故正确；

、当、和的长度时，依据和长度，只能求得点与点的瞬时速度，从而求得动能的变化，而间距不知道，则无法验证机械能守恒，故错误；

.（?江苏）某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律．一根细线系住钢球，悬挂着铁架台上，钢球静止于点，光电门固定在的正下方．在钢球底部竖直地粘住一片宽带为的遮光条．将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间时由计时器测出，取＝作为钢球经过点时的速度．记录钢球每次下落的高度和计时器示数，计算并比较钢球在释放点和点之间的势能变化大小△与动能变化大小△，就能验证机械能是否守恒．

（）△＝计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度应测量释放时的钢球球心到之间的竖直距离． （）钢球在点时的顶端 （）钢球在点时的球心 （）钢球在点时的底端

（）用△＝计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图所示，其读数为．某次测量中，计时器的示数为，则钢球的速度为＝． （）下表为该同学的实验结果： △（×） △（×） ﹣﹣ 他发现表中的△与△之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的．你是否同意他的观点？请说明理由． （）请你提出一条减小上述差异的改进建议．

【答案】（）；（），；（）不同意，空气的阻力造成的，则△要小于△，所以误差不是空气的阻力造成的；（）分别是小球的球心到悬点的距离和光电门到悬点的距离和，在计算小球的动能时，使用的速度为：

．