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1、实验：验证机械能守恒定律【学习目标】1.明确验证机械能守恒定律的基本思路并能进行相关量的测量.2.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因【课堂探究】思考：1.机械能守恒的条件是什么？它有哪些表达形式？_2.做自由落体运动的物体，机械能守恒吗？试推导机械能守恒的表达式？_一、实验器材重物、打点计时器、纸带、_、铁架台、夹子、天平、_。二、 实验原理_速度测量vn=三、 数据处理方案一验证从第一个点O到某个点n过程中机械能守恒。_方案二验证从第m点(m1)到第n点过程中机械能守恒。_方案三图像法_注意事项误差分析【课后达标】1.利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验
2、。(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的_。A动能变化量与势能变化量B速度变化量与势能变化量C速度变化量与高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_。A交流电源 B刻度尺 C天平(含砝码)(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。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hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量Ep_，动能变化量Ek_。(4)大多数学生
3、的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是_。A利用公式vgt计算重物速度 B利用公式v计算重物速度C存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。_。2在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（）A必须用秒表测重物下落的时间 B选用质量小的重物可减小实验误差C实验时必须先用天平测出重物的质量 D实验中不得用公式
4、v 求下落高度h时的速度3在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列叙述不正确的是（）A安装打点计时器时，纸带两个限位孔应在同一竖直线上B实验时，应先松开纸带让重物下落，再接通电源C若纸带上开头打出的几个点模糊不清，也可设法用后面清晰的点进行验证D重物所受重力应远大于它所受到的空气阻力和纸带所受到的打点计时器的阻力4.(多选)如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，有关尺寸在图中已注明。我们选中n点来验证机械能守恒定律，下面举出一些计算n点速度的方法，其中正确的是()AvngnT Bvng(n1)T Cvn Dvn5如图所示的装置由气垫导轨、两个光电门、滑块和砂桶等组成，光电门可
5、以测出滑块的遮光板分别通过两个光电门的时间t1、t2，游标卡尺可以测出遮光板的宽度d，导轨标尺可以测出两个光电门间的距离L，另用天平测出滑块、砂桶(含砂)的质量分别为M和m，下列说法正确的是()A用该装置可以测出滑块通过两光电门的速度，并计算出滑块运动的加速度aB用该装置验证牛顿第二定律时，要保证拉力近似等于砂桶(含砂)的重力，因此必须满足mMC可以用该装置验证机械能守恒定律，但必须满足mMD可以用该装置探究“功和速度变化的关系”6.某同学做“验证机械能守恒定律”实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出并标在图中，单位是cm。打点计时
6、器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2。(1)设重物质量为m(kg)，重物在2点的速度v2_，在5点的速度v5_，此过程中动能增加量Ek_，重力势能减少量Ep_。由以上可得出实验结论：_。(2)重物获得的动能往往_(A.大于B小于C等于)减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是_。(3)根据实验判断下列图象正确的是(其中Ek表示重物动能的变化量，h表示物体下落的高度)()6.某实验小组在用重物下落来验证机械能守恒。（1）下图是四位同学释放纸带瞬间的照片，你认为操作正确的是_ABC D（2）关于接通电源和放手让重物运动的先后顺序，下列说法正确的是_A接通电源和放手应同时B先接通
7、电源后放手C先放手后接通电源D以上说法都不对（3）选出一条清晰的纸带如图所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点。用刻度尺测得，。在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为。打点计时器工作频率为，当地的重力加速度g为。打点计时器打下计数点B时，重锤的速度大小为=_。从打下O到打下B点过程中重锤动能增加量_J，重力势能减少量_J。（计算结果均保留三位有效数字）（4）实验中发现重锤获得的动能小于减少的重力势能，则产生系统误差的原因可能是_（至少写出一条主要原因）。7.用如图甲所示的实验装置验证质量分别为m1、m2的物体组成的系统机械能守恒。物体m2从高处由静止开始
8、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来验证机械能是否守恒。如图乙所示是实验中获取的一条纸带，0点是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点未画出，计数点间的距离如图所示。已知m150 g，m2150 g，打点计时器的工作频率为50 Hz。(g取10 m/s2，结果保留两位有效数字)(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：其中操作不当的步骤是_(填选项对应的字母)；A按照图示的装置安装器件 B将打点计时器接到直流电源上C先释放m2，再接通电源打出一条纸带 D测量纸带上某些点间的距离E根据测量的结果，分别计算系统减少的重力势能和增加的动能(2)在纸带上打下计数点5时的速度v
9、_ m/s；(3)在打点05过程中系统动能的增加量Ek_ J，系统重力势能的减少量Ep_ J，由此得出的结论是_；(4)若某同学作出h图象如图所示，写出计算当地重力加速度g的表达式_，并计算出当地的实际重力加速度g_ m/s2。8如图所示，某同学在一次实验中，利用某物体打出了一条纸带，A、B、C、D、E、F是纸带上6个依次打的点，打点计时器的电源频率为50Hz。该同学用毫米刻度尺测量A点到其它各点的距离，并记录在图中。（1）物体运动的加速度是_m/s2（保留两位有效数字）（2）该同学最可能完成的是下列哪个实验？_。A探宄加速度与力、质量的关系B验证机械能守恒定律C测量木块与木板间的动摩擦因数（
10、3）根据第（2）问的结论，若要求出物体在运动过程中受到的阻力，还需测量的物理量是_（用字母表示并说明含义）。用还需测得的量及加速度a表示物体在运动过程中所受阻力的表达式f=_（当地重力加速度为g）。9小胡、小黄和小丁三位同学打算利用气垫导轨验证机械能守恒定律，如图甲是他们所用的实验装置示意图。已知光电计时系统可以测出滑块的挡光片通过各光电门所用的时间，回答下列问题：（1）小胡同学测出挡光片的宽度d，记录下滑块先后通过光电门1和2所用的时间分别为t1和t2，并用刻度尺和重垂线测得光电门1和2的竖直高度差为h，已知重力加速度为g，则可以验证滑块沿气垫导轨下滑过程机械能守恒的表达式为_。（2）小黄同
11、学认为要想实验结果更理想，可以采取以下措施，这些措施中不必要的是( )A挡光片的宽度d适当小些 B光电门1和2的竖直高度差h适当大些C滑块由静止释放的位置离光电门1适当远些 D每次实验滑块都要从同一位置由静止释放（3）小丁同学还想利用该实验数据得到当地的重力加速度g，但恰好光电门1坏了。他在实验中保持光电门1的位置不变，并使每次实验滑块都从同一位置由静止释放，改变h的大小（光电门2始终位于光电门1水平线以下），记录下滑块通过光电门2的时间t，并作出图线，如图乙所示。可知滑块每次通过光电门1所用时间为_；当地的重力加速度g=_（a、b和d表示）。10为了验证机械能守恒定律，某学习小组用如图1所示
12、的气垫导轨装置（包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条）进行实验。在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门、，并连接数字计时器；用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度h1、h2。（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度5.2mm。（2）某次实验中，测得滑块通过光电门的时间s，则滑块通过光电门的瞬时速度_m/s（保留两位有效数字）。（3）将滑块从光电门左侧某处由静止开始释放，测出滑块通过光电门、的时间分别为和。在误差允许范围内，若_（用d、以及重力加速度g表示），则可认为滑块下滑过程中机械能守恒。（4）另一小组的同学想用如图3所示的装置做此实验。在实验前通过垫块平衡了小车所受的阻力。该小组同学认为，平
13、衡阻力后小车和砂桶系统的机械能是守恒的，你是否同意？并说明理由_。11某实验小组想利用实验室里的弹簧弹射器（内壁光滑）等器材来测量弹簧的弹性势能，将质量m的弹丸（可看作质点）压缩弹簧到位置P，由静止弹射出去，忽略一切阻力，通过弹丸的初动能从而求得弹簧的弹性势能：（1）甲小组的同学设计的实验装置方案如图甲所示，用铁架台固定住弹射器，实验中测量了弹丸的水平位移x和弹丸下落的高度h，则在安装弹射器时应注意_；弹簧的弹性势能表达式为_.（2）乙小组的同学设计了如图乙所示装置，水平台面左侧固定弹射器，右侧的位置各安装一个光电门，计时器（图中未画出）与两个光电门相连，并用刻度尺测得两点间的水平距离x.计时
14、器记录下弹丸从A到B所用的时间t.弹丸被弹射出的速度大小的表达式是_；静止释放弹丸时，弹簧的弹性势能_.（均用题中字母符号表示）弹丸被弹射出去后，由于重力作用其运动轨迹会向下有所偏转，这对实验结果_（填“有”或“没有”）影响.（3） 请任选一组实验，给出一条能减小实验误差的建议：_.12“用DIS验证机械能守恒定律”实验装置如图。（1）本实验利用光电门传感器测量摆锤释放后经过各个点的速度，结合各挡光片相对轨道最低点的_和摆锤质量，可以分析摆锤运动过程中机械能的变化。（2）将摆锤由A点静止释放，在摆锤摆到最低点的过程中( )。A连接杆拉力不做功，合外力不做功B连接杆拉力不做功，合外力做正功C连接
15、杆拉力做正功，合外力不做功D连接杆拉力做正功，合外力做正功（3）实验结果绘制数据如图所示，图像的横轴表示摆锤距离最低点的高度，纵轴表示小球的重力势能，动能，或机械能E。其中表示摆锤的重力势能、动能图线分别是_和_。（选填“甲”、“乙”或“丙”）（4）根据实验图象，可以得出的结论是_。13某实验小组用如图所示的装置验证机械能守恒定律，轻质细杆一端固定一小钢球，另一端可绕光滑的固定轴O转动，固定在转轴上的角度传感器可以测出细杆与竖直方向的夹角（小于90）；在O点的正下方放置一光电门（连接光电计时器），使球心到达最低点时可以恰好通过光电门。测得小球的直径为d，小球质量为m，球心到转轴O的距离为L。（1） 已知当地重力加速度为g，将小球拉至某-位置，测出；由静止释放小球，读出光电计时器显示的挡光时间为。则下摆过程中，小球的重力势能减少量可表示为_，动能的增加量可表示为、_，如果二者在误差范围内相等，说明该系统机械能守恒。学科网（北京）股份有限公司