1/5實驗七驗證機(jī)械能守恒定律考情調(diào)研命題特征驗證機(jī)械能守恒定律是從能量角度實施的一個驗證性實驗，也是力學(xué)實驗的重中之重，命題內(nèi)容主要包含利用紙帶或光電門求瞬時速度、實驗原理分析、表達(dá)式的確定以及誤差分析等，近幾年創(chuàng)新化趨勢明顯。2022年湖北卷利用拉力傳感器驗證機(jī)械能守恒定律，2022年河北卷利用計算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理驗證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律。2023年天津卷利用光電門驗證機(jī)械能守恒定律，無論何種實驗方法，只要符合守恒條件，并確保安全性、準(zhǔn)確性和可操作性皆可進(jìn)行驗證1.考裝置：器材裝配以及其他器材替代。2.考讀算：讀長度、算速度以及作圖求解。3.考變化：實驗原理創(chuàng)新用如圖甲所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律。【實驗原理】（1）在誤差允許的范圍內(nèi)，若帶有紙帶的重物自由下落的過程中動能的（選填“減少量”或“增加量”）等于重力勢能的（選填“減少量”或“增加量”），說明重物的機(jī)械能守恒?！緦嶒灢襟E】（2）將打點計時器固定在鐵架臺上，用導(dǎo)線將打點計時器與電源相連。紙帶一端連接重物，另一端穿過打點計時器。手提紙帶，使重物靠近打點計時器并靜止。（選填“接通電源，松開紙帶”或“松開紙帶，接通電源”），讓重物自由落下，打點計時器就會在紙帶上打出一系列的點。多次重復(fù)上述實驗步驟?！咀⒁馐马棥浚?）對于該實驗，下列操作中對減小實驗誤差有利的是（填選項前字母）。A.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正C.精確測量出重物的質(zhì)量

【數(shù)據(jù)處理與誤差分析】（4）選取點跡較為清晰的一條紙帶如圖乙所示，在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T，設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝，動能變化量ΔEk＝。（5）若以A點為起始點，分別測出各計時點到A點的距離分別為hAB、hAC……，假設(shè)重物下落過程機(jī)械能守恒。由對應(yīng)的與A點的距離h依次算出紙帶速度平方的理論值，描繪出如圖丙1所示的圖線，則該圖線的斜率應(yīng)為k＝（用題中給出的物理量表示）。（6）又由紙帶上各計時點間的距離依次算出在打出點A、B、C……時重物的實際速度。根據(jù)得出的實驗數(shù)據(jù)描繪出如圖丙2所示的圖線，發(fā)現(xiàn)實際速度與理論速度間的差值越來越大，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是。聽課記錄1.數(shù)據(jù)處理（1）求瞬時速度由公式vn＝hn+1－h(huán)n－12T可以計算出重物下落h1、h2、h3、…的高度時對應(yīng)的瞬時速度v1（2）驗證守恒方案一：利用起始點和第n點計算代入mghn和12mvn2，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，mghn和12m注意：應(yīng)選取最初第1、2兩點間距離接近2mm的紙帶（電源頻率為50Hz）。方案二：任取兩點計算①任取兩點A、B，測出hAB，算出mghAB。②算出12mvB2－1③在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若mghAB＝12mvB2－12方案三：圖像法測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算對應(yīng)速度v，然后以12v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出12v2-h圖像。若在誤差允許的范圍內(nèi)圖像是一條過原點且斜率為g的直線2.注意事項（1）打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。（2）重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的。（3）應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作后，再松開紙帶讓重物下落。（4）測長度，算速度：某時刻的瞬時速度的計算應(yīng)用vn＝hn+1－h(huán)n－12T，不能用v（5）此實驗中不需要測量重物的質(zhì)量。（2024·廣東江門模擬）某同學(xué)用圖甲所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有30Hz、40Hz和220Hz，打出紙帶的一部分如圖乙所示。該同學(xué)在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數(shù)據(jù)和其他條件進(jìn)行推算。（1）在該實驗中，下列敘述正確的是（填選項前的字母）；A.安裝打點計時器時，兩限位孔應(yīng)在同一豎直線上B.實驗時，在松開紙帶讓重物下落的同時，應(yīng)立即接通電源C.若紙帶上開始打出的幾個點模糊不清，也可設(shè)法用后面清晰的點進(jìn)行驗證D.測量重物下落高度時必須從起始點算起（2）若從打出的紙帶可判定重物做勻加速下落運(yùn)動，利用打點周期為T和圖乙中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為，打出C點時重物下落的速度大小為；若已測得s1＝8.89cm，s2＝9.50cm，s3＝10.10cm；當(dāng)重力加速度大小為9.80m/s2，試驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1％。由此推算出f為Hz?！镜淅?】用如圖甲所示的實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶通過打點計時器，打出一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量，即可驗證機(jī)械能守恒定律。實驗中獲取的一條紙帶如圖乙所示；0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點（圖中未標(biāo)出），計數(shù)點間的距離已標(biāo)注，打點計時器所接電源頻率為50Hz。已知m1＝50g、m2＝150g，則（計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）（1）在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v5＝m/s。（2）在打下第“0”點到打下第“5”點的過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝J，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝J。（取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝10m/s2）（3）若某同學(xué)作出12v2-h圖像如圖丙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝m/s2三步穩(wěn)解題（1）分析實驗?zāi)康模候炞C系統(tǒng)機(jī)械能守恒。（2）確定實驗原理：對m1、m2組成的系統(tǒng)，在m1上升，m2下降的過程中，系統(tǒng)只有重力做功，機(jī)械能守恒。（3）制定數(shù)據(jù)處理方案：由紙帶求出打計數(shù)點5時的速度v5和m2下降的高度h5，則系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝m2gh5－m1gh5，系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝12（m2＋m1）v52，比較ΔEp和ΔEk聽課記錄【典例2】利用氣墊導(dǎo)軌和光電門驗證機(jī)械能守恒定律的實驗裝置如圖所示。已經(jīng)測得：a.遮光片寬度db.釋放滑塊時滑塊上遮光片到光電門的距離為lc.鉤碼質(zhì)量m1，滑塊與遮光片質(zhì)量m2接通氣源，釋放鉤碼。則（1）已知滑塊上遮光片通過光電門時間Δt，滑塊通過光電門時的速度為；（2）在滑塊從釋放到滑塊上遮光片經(jīng)過光電門這一過程中，系統(tǒng)重力勢能減少量為，動能增加量為；（3）改變l，做多組實驗，做出以l為橫坐標(biāo)，以dΔt2為縱坐標(biāo)的圖像，如圖。若機(jī)械能守恒成立，則圖像斜率為三步穩(wěn)解題（1）分析實驗?zāi)康模候炞C滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。（2）確定實驗原理：滑塊與氣墊導(dǎo)軌的摩擦不計，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)，只有鉤碼重力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒。（3）制定數(shù)據(jù)處理方案：根據(jù)遮光片的寬度d和遮光片通過光電門的時間Δt，可求出滑塊經(jīng)過光電門的速度v＝dΔt，測量出滑塊（含遮光片）和鉤碼的質(zhì)量m2、m1及釋放滑塊時滑塊上遮光片到光電門的距離l，則可由m1gl＝12（m1＋m2聽課記錄（2022·湖北高考12題）某同學(xué)設(shè)計了一個用拉力傳感器驗證機(jī)械能守恒定律的實驗。一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器，另一端連接小鋼球，如圖甲所示。拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放，使小鋼球在豎直平面內(nèi)擺動，記錄鋼球擺動過程中拉力傳感器示數(shù)的最大值Tmax和最小值Tmin。改變小鋼球的初始釋放位置，重復(fù)上述過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪制的Tmax-Tmin圖像是一條直