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1、山东省青岛市国开中学高中物理 7.8 实验 验证机械能守恒定律同步检测 新人教版必修2 【课前预习】（一）实验原理在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒。设某时刻物体的瞬时速度为v，下落高度为h，则有： 。故可利用打点计时器测出重物下落时某时刻的瞬时速度及下落的高度，即可验证机械能是否守恒。（二）实验器材除纸带、复写纸片、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线外，实验中还需要： 、 、 。（三）实验步骤1、如图所示，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器；2、用手握着纸带，让重物静止地靠近打点计时器，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列
2、小点。3、更换纸带，用同样的方法再打几条以备选用.4、从几条打下点的纸带中挑选第一、二点间距离接近 mm且点迹清楚的纸带进行测量，测出一系列各计数点到第一个点的距离d1、d2，据公式，计算物体在打下点1、2时的即时速度v1、v2，计算相应的动能的增加值。5、用刻度尺测量纸带从点O到点1、2之间的距离h1、h2，计算出相应减少的重力势能。6、计算各点对应的势能减少量mgh，以及增加的动能mv2/2，并进行比较。四、注意事项1、打点计时器的两限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩檫阻力。2、实验时必须先接通电源，然后松开纸带让重锤下落。3、测量下落高度时，必须从起始点算起。选取的各计数点要离起始点远些
3、，纸带不宜过长，约40cm即可。4、实验中因不需要知道动能和势能的具体数值，故不需测物体的质量m。5、实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量要小于势能的减少量。【典型例题】例1在验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如下图所示，相邻记数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取9.8m/s2。求：(1)打点计时器打下记数点B时，物体的速度vB= (保留两位有效数字)；物理量数据次数(2)从点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能的减小量EP= ，动能的增加量EK= （保留两位有效数字）；(3)即使在实验操作规范，数据测量及数据处
4、理很准确的前提下，该实验求得的EP也一定略大于EK，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因。图a变式训练1如图a所示，将包有白纸的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在马达（即电动机）上并随之转动，使之替代打点计时器当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号，如图b所示测得记号之间的距离依次为26 mm、42mm、58mm、74mm、90mm、106mm已知马达铭牌上标有“1440 rmin”的字样，由此验证机械能守恒定律根据以上内容回答下列问题：(1)毛笔画的相邻记号间的时间间隔T=_s，图b中的圆柱棒的_端是悬挂端(填“左”或“
5、右”)图b(2)根据图中所给的数据，可知毛笔画下记号C时，圆柱棒下落的速度vC=_，画下记号D时，圆柱棒下落的速度vD=_，动能的变化量为_，在这段这位移上，圆柱棒重力势能的变化量为_（设棒的质量为m， g取9.8m/s2）。例2某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律弧形轨道末端水平，离地面的高度为H。将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s（1）若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2（用H、h表示）（2）该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：请在坐标纸上作出s2-h关系图（3）对比实验结果与理论计算得到的s2-h关系图线（图中已画出），自同一高
6、度静止释放的钢球，水平抛出的速度（填“小于”或“大于”）理论值（4）从s2-h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是变式训练2AOBC如图所示，不可伸长的细线一端拴一小球，另一端悬于O点.现将细线张紧，使细线处于水平状态，将小球从A处由静止释放，到O点正下方B处时，细线恰好被C处的刀片切断。若仅有刻度尺，为验证小球从A点下摆到B点过程中的机械能守恒，需测定的物理量及相应符号是；用这些量表示的小球下摆过程中机械能守恒的关系式是。【巩固练习】1某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是( )A把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交
7、流电源B将连有重锤的纸带过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度C先释放纸带，再接通电源D更换纸带，重复实验，根据记录处理数据2 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面叙述正确的是( )A应用天平称出物体的质量B应当选用点迹清晰，且第一、二个点间距接近2mm的纸带C操作时应先放纸带后接电源D打点计时器要接在电压为46V的电源上3 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列选择可取的是( )A选用重物时，重的比轻的好B选用重物时，体积小的比大的好C选用重物后，要称出它的质量D重物所受的重力，应远大于它所受的空气阻力和纸带受到的打点计时器的阻力4 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面列出了一些实验步骤：
8、A 用天平称出物体及夹子的质量。B 将重物系在夹子上。C将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子静止靠近打点计时器处。D把电磁打点计时器接在学生电源的交流输出端，输出电压调至6V（不接通）（火花打点计时器用220V交流电压）。E把打点计时器用铁架固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上。F在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据。G用秒表测出重物下落的时间。H接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带。I断开电源。J更换纸带，重新进行实验两次。K在三条纸带中选取较好的一条。L进行计算，得出结论。M拆下导线，整理器材。以上步骤中，不必要的有_，正确的步骤
9、按顺序排列应是_(填写字母代号)。5验证机械能守恒定律的实验采用重物自由下落的方法：（1）用公式验证机械能守恒定律，必须所选的纸带第1、2两点间距应接近 .（2）设各点的速度v，各点到起始点的距离h，则以v2/2为纵轴，以h为横轴画出v2/2h图线。6用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。在下面所列举的该实验的几个操作步骤中，你认为没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是(填字母代号)( )。A按照图示的装置安装器件B将电火花计时器接到学生电源的直流输出端上C用天平测量出重锤的质量D先放手让纸带和重物下落，再接通电源开关E在打出的纸带上，依据打点的先后顺序选取连续的A、B、C、D四个合适的点，通
10、过测量计算得出B、C两点的速度为vB、vC，并测出B、C两点的距离为hF在误差允许范围内，看减少的重力势能mgh是否等于增加的动能从而验证机械能守恒定律7在“验证机械能守恒定律”的实验中，若以 为纵轴，h为横轴，根据实验数据做出的图线应是_，图线的斜率等于_的数值。8在“验证机械能守恒定律”的实验中，某同学测得v=2.36m/s，h=28.76cm据此可得：在误差范围内两者相等，老师批阅：“此数据非实验所得!”其理由是 。9在验证机械能守恒定律的实验中，质量为m1.00kg的重锤拖着纸带下落，在此过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点在纸带上选取五个连续的点A、B、C、D和E，如图所示其中O
11、为重锤开始下落时记录的点，各点到O点的距离分别是31.4mm、49.0mm、70.5mm、95.9mm、124.8mm.当地重力加速度g9.8m/s2. 本实验所用电源的频率f50Hz.(结果保留三位有效数字)(1)打点计时器打下点B时，重锤下落的速度vB_m/s，打点计时器打下点D时，重锤下落的速度vD_m/s.(2)从打下点B到打下点D的过程中，重锤重力势能减小量Ep_J，重锤动能增加量Ek_J.(3)在误差允许范围内，通过比较_就可以验证重锤下落过程中机械能守恒了(4)设重锤在下落过程中受到恒定不变的阻力F，则可根据本实验数据求得阻力F的表达式为_(用题中所给字母m，g，s1，s2，f表
12、示)10某次“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器用6V、50Hz的交流电源，打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB= m/s，重锤的动能EkB=J。从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为 J。根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是 。八、实验：验证机械能守恒定律【典型例题】例10.97m/s 0.48J 0.47J 重锤下落时受到空气阻力以及
13、纸带受到打点计时器的阻力，重锤的机械能减小变式训练1（1）0.042；左（2）1.190；1.571；0.526m；0.568m例2（1），（2）如图（3）小于 （4）一部分重力势能转变成钢球的转动动能，或者是弧形轨道的磨擦力太大。变式训练2细线长度L，小球做平抛运动的水平位移x及平抛运动中下落高度H（3分）. 4HL=x2（3分）。或者答：O点到地面的竖直高度H，小球做平抛运动的水平位移x，细线长度L，4（HL）L=x2【巩固练习】1C 2B 3ABD 4AG，EDBCHIJKFLM 5（1）2mm（2）图略 6BCD 7过原点的直线，重力加速度g. 8，从数据上可知v2/2gh，这说明动能的增量大于重力势能的减少量的，这是在实验中不可能发生的. 9(1)0.975，1.36，(2)0.459，0.447，(3)重力势能的减小量和动能的增加量相等，(4)mgm(s2s1)f2 101.175，0.6900.691，机械能守恒。
