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1、2实验原理：自由落体运动中物体机械能守恒，mgh mv2.,实验六：验证机械能守恒定律,1实验目的：验证机械能守恒定律,1 2,故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度,h 和该时刻的瞬时速度 v，即可验证机械能是否守恒,智浪教育-普惠英才文库,测定第 n 点的瞬时速度的方法：测出第 n 点相邻的前、后,两段相等时间 T 内下落的距离 sn 和 sn1，则 vn ,图 S61,智浪教育-普惠英才文库,3实验器材：铁架台(带铁夹)、打点计时器、重锤(带纸带 夹子)、纸带若干、复写纸片、导线、直尺和学生电源,4实验步骤,图 S62,智浪教育-普惠英才文库,(1)按图 S62 把打点计
2、时器安装在铁架台上，用导线把打,点计时器与学生电源连接好,(2)把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过计时器 限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近. (3)先接通电源，然后松手让重锤带着纸带自由下落 (4)重复几次，得到 35 条打好点的纸带,(5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起点标 上 O，以后各点依次标上 1、2、3、4、用刻度尺测出对应 的下落高度 h1、h2、h3、h4,智浪教育-普惠英才文库,行比较 5注意事项 (1)实验中打点计时器的安装两纸带限位孔必须在同一竖 直线上，以减小摩擦阻力 (2)实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后才 松手让重
3、锤下落,智浪教育-普惠英才文库,(8)实验中，只要验证gh是否等于即可 ，不用测重锤的质量,(3)打点计时器必须接交流电源,(4)重锤应选质量较大的，从而使重力远大于下落过程中所受,的阻力，减小实验误差,(5)选用纸带时应尽量挑第一、二点间距离接近 2 mm 的纸带 (6)计算下落高度时，都必须从起始点算起，不能搞错为了 减小测量 h 的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些， 但纸带也不宜过长，有效长度可在 6080 cm 内,(7)因为实验要求第一个点对应重锤开始下落的时刻，这就要 尽量使该点是清晰小点，为此提起纸带的手要保持不动，待接通 电源，打点计时器正常工作后再松开纸带,v2,2
4、,智浪教育-普惠英才文库,1(2010 年新课标卷)图S63为验证机械能守恒定律的实 验装置示意图现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计 时器、纸带、带铁夹的重锤、天平回答下列问题： (1) 为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有 _(填入正确选项前的字母),A米尺 C012 V 的直流电源,B秒表 D012 V 的交流电源,图 S63,智浪教育-普惠英才文库,答案：(1)AD (2)纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的 位置时读数有误差,(2)实验中误差产生的原因有_ _(写出两个原因),智浪教育-普惠英才文库,2(2010 年广州二模)用如图 S64 所示的装置做“验证
5、机 械能守恒定律”实验打点计时器的打点周期为 T，重锤的质 量为 m，重力加速度为 g.,(1)完成下面部分实验步骤的相关内容： A按图示的装置安装器件,B 将打点计时器接到_,( 填“直流”或“交流”)电源上,C先_，,再_，让重锤拖着纸带从 高处自由下落,D,图 S64,智浪教育-普惠英才文库,(2)图 S65 是实验打出的纸带， O 是速度为零的点，A、 B、C 是从合适位置选取的三个连续点(其他点未画出)，量得 d1、 d2、d3.取图中 O 和_(填“A”、“B”或“C ”)点来验证机械能守 恒定律比较简捷方便，打点计时器打下该点时重锤的动能 Ek _.,图 S65,智浪教育-普惠英
6、才文库,智浪教育-普惠英才文库,题型1,实验原理和操作,【例1】关于“验证机械能守恒定律”实验，下面列出一 些实验步骤： A用天平称出重物和夹子的质量 B将重物系在夹子上 C将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系 有重物的夹子上，再把纸带向上拉，让夹子静止靠近打点计时 器处,智浪教育-普惠英才文库,D把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电,压调至 6 V(电源暂不接通),E把打点计时器用铁夹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，进行测量并记录数据 G用秒表测出重物下落的时间,H接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带 I切断电源,J更换纸
7、带，重新进行两次实验,智浪教育-普惠英才文库,K在三条纸带中选出较好的一条 L进行计算，得出结论，完成实验报告 M拆下导线，整理器材 对于本实验的以上步骤中，不必要的有_；正 确步骤的合理顺序是_(填写代表字母),备考策略：高考中也经常出现对该实验的基本原理和步骤 的考查，熟悉本实验的原理和操作步骤是解题的关键这里要 注意的是，实验中不能将物体下落的加速度当做本地加速度,智浪教育-普惠英才文库,1(2012 年广东六校联考)在“验证机械能守恒定律”实验,时，关于本实验的叙述中，正确的有(,),A打点计时器安装时要使两限位孔位于同一竖直线上并 安装稳定，以减小纸带下落过程中的阻力 B需用天平测出
8、重锤的质量 C打点计时器用四节干电池串联而成的电池组作为电源 D用手竖直提起纸带，先闭合打点计时器的电源开关， 然后释放重锤,智浪教育-普惠英才文库,E打出的纸带中，只要点迹清晰，就可以运用公式 mgh,1 2,m v 2，来验证机械能是否守恒,F验证机械能是否守恒必须先确定重力势能的参考平面 验证机械能是否守恒时，实验中计算某一点的速度，甲同学,同学的计算方法更符合实验要求重力加速度 g 的数值，甲同学 用 9.8 m/s2代入，乙同学用通过对纸带分析计算出重锤下落的实际 加速度代入，丙同学用当地的实际重力加速度代入，其中_ 同学的做法是正确的,答案：AD 乙 丙,智浪教育-普惠英才文库,题
9、型2,纸带数据的处理和误差分析,【例2】(2010 年湛江二模)在用打点计时器验证机械能守 恒定律的实验中，质量 m1.00 kg 的重物自由下落，打点计时 器在纸带上打出一系列点如图 S66 所示为选取的一条符合 实验要求的纸带，O 为第一个点，A、B、C 为从合适位置开始 选取的三个连续点(其他点未画出)已知打点计时器每隔 0.02 s 打一次点，当地的重力加速度 g9.80 m/s2.那么： (1)纸带的_(填“左”或“右”)端与重物相连 (2)根据图上所得的数据，应取图中 O 点和_点来验证 机械能守恒定律,智浪教育-普惠英才文库,(3)从 O 点到所取点，重物重力势能减少量Ep_ J
10、 动能增加量Ek_ J；(结果取三位有效数字) (4)实验的结论是_,图 S66,智浪教育-普惠英才文库,解析：(1)验证机械能守恒定律是利用自由落体运动，纸带 做匀加速运动，点间距离越来越大，所以重物在纸带的左端 (2)从图上数据来看 B 点的瞬时速度可求，所以取OB 段来 验证机械能守恒定律,(4)从数据看EpEk，所以实验的结论是在误差允许的范 围内，机械能守恒,智浪教育-普惠英才文库,答案：(1)左,(2)B (3)1.88,1.84,(4)在误差允许的范围内机械能守恒,智浪教育-普惠英才文库,备考策略：这里处理数据，要求掌握求瞬时速度的方法， 即等于该点(是这一段的中点时刻)所在这一
11、段的平均速度对 于产生误差，要知道最主要的原因是“纸带和打点计时器之间 的摩擦”造成的,智浪教育-普惠英才文库,2(2012 年广州调研)用如图S67所示的装置“验证机械 能守恒定律” (1)下列物理量需要测量的是_， 通过计算得到的是_(填写代号) A重锤质量 B重力加速度 C重锤下落的高度,D与下落高度对应的重锤的瞬时速度,图 S67,智浪教育-普惠英才文库,(2)设重锤质量为 m，打点计时器的打点周期为 T，重力加 速度为 g.图 S68 是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E 为 相邻的连续点根据测得的 s1、s2、s3、s4写出重物由 B 点到 D 点势能减少量的表达式 _ ， 动
12、 能 增 量 的 表 达 式 _由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的 动能增量总是_(填“大于”、“等于”或“小于”)重 力势能的减少量，主要原因是_,_.,图 S68,智浪教育-普惠英才文库,答案：(1)C D,智浪教育-普惠英才文库,1(2011 年海南卷)现要通过实验验证机械能守恒定律 实验装置如图S69所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨； 导轨上 A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左 端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m 的砝码相连；遮 光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测试 遮光片经过光电门时的挡光时间 t，用d表示A点到导轨低端C 点的距离，
13、h表示 A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s 表 示 A、B两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看做滑 块通过 B点时的瞬时速度用g表示重力加速度完成下列填 空和作图,智浪教育-普惠英才文库,图 S69,(1)若将滑块自 A 点由静止释放，则在滑块从 A 运动至 B 的 过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可 表示为_，动能的增加量可表示为_,智浪教育-普惠英才文库,(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A 点),下滑，测量相应的 s 与 t 值，结果如下表所示：,智浪教育-普惠英才文库,由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出 s直线的斜,率 k0，将k 和
14、k0 进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则 可认为此实验验证了机械能守恒定律,图 S610,智浪教育-普惠英才文库,智浪教育-普惠英才文库,(2)如图 29 所示,2.40,图 29,智浪教育-普惠英才文库,2(2010 年四川卷)有4条用打点计时器(所用交流电频率为 50 Hz)打出的纸带 A、B、C、D，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 4 个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依 次为 s1、s2、s3.请你根据下列 s1、s2、s3的测量结果确定该纸带为 _(已知当地的重力加速度为 9.791 m/s2),A61.0 mm,65.8 mm,70.7 mm B41.2 mm,45.1 mm,53.0 mm C49.6 mm,53.5 mm,57.3 mm D60.5 mm,61.0 mm,60.6 mm,答案：C,解析：相邻两点间时间间隔为0.02 s，带入sgT 2 9.7910.022 m 3.9 mm,智浪教育-普惠英才文库,
