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1、第八章机械能守恒定律5实验：验证机械能守恒定律实验：验证机械能守恒定律实验目标1会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的瞬时速度。会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的瞬时速度。2掌握利用落体法验证机械能守恒定律的原理和方法。掌握利用落体法验证机械能守恒定律的原理和方法。3会会使使用用气气垫垫导导轨轨、光光电电门门，理理解解并并掌掌握握利利用用滑滑块块沿沿导导轨轨下滑验证机械能守恒定律的原理和方法。下滑验证机械能守恒定律的原理和方法。必备知识自主预习储备01关键能力情境探究达成02类型一实验原理与操作类型二数据处理和误差分析类型三创新实验设计类型一实验原理与操作类型一实验原理与操作【典典例例1】
2、“验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”的的实实验验装装置置可可以以采采用用图图示示的的甲甲或乙方案来进行。或乙方案来进行。(1)比较这两种方案，比较这两种方案，_(选选填填“甲甲”或或“乙乙”)方案好些。方案好些。解析解析甲方案摩擦阻力小甲方案摩擦阻力小，误差误差小，而且方便操作，所小，而且方便操作，所用用实验实验器材少，所以甲方案好些器材少，所以甲方案好些。甲甲(2)在在“验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”的的实实验验中中，直直接接测测量量的的物物理理量量是是_。A重力加速度重力加速度B重物下落的高度重物下落的高度C重物下落的瞬时速度重物下落的瞬时速度 D重物下落的平均速度重物下落的平
3、均速度 解解析析验验证证机机械械能能守守恒恒的的实实验验，即即验验证证重重力力势势能能减减少少量量等等于于动动能能的的增增加加量量，所所以以重重力力加加速速度度是是已已知知的的，无无需需测测量量，A错错误误；实实验验要要计计算算重重力力势势能能的的减减少少量量，所所以以需需要要测测量量重重物物下下落落的的高高度度，B正正确确；本本实实验验下下落落的的瞬瞬时时速速度度是是根根据据纸纸带带处处理理得得到到，无无法法直直接接测测量量，而而平平均速度本实验用不到，均速度本实验用不到，C、D错误。错误。(3)在进行在进行“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验时，应的实验时，应_。A先释放纸带，再
4、接通电源先释放纸带，再接通电源B用手托住重物由静止释放用手托住重物由静止释放C根据根据vgt计算重物在计算重物在t时刻的速度时刻的速度D使重物下落的起始位置靠近打点计时器使重物下落的起始位置靠近打点计时器 解解析析在在实实验验时时应应先先接接通通电电源源，打打点点稳稳定定后后再再释释放放纸纸带带，A错错误误；释释放放时时，纸纸带带应应竖竖直直，减减少少与与限限位位孔孔的的摩摩擦擦，所所以以释释放放时时，应应按按题题图图中中所所示示用用手手竖竖直直提提起起纸纸带带，B错错误误；因因为为要要验验证证机机械械能能守守恒恒，所所以以速速度度需需根根据据实实际际的的纸纸带带计计算算，而而不不能能用用自自
5、由由落落体体公公式式计计算算，因因为为自自由由落落体体运运动动只只受受重重力力，机机械械能能一一定定守守恒恒，C错错误误；释释放放纸纸带带前前，重重物物应应靠靠近近打打点点计计时时器器，这这样可以充分利用纸带，样可以充分利用纸带，D正确。正确。(2)如如图图乙乙是是该该实实验验小小组组打打出出的的一一条条点点迹迹清清晰晰的的纸纸带带，纸纸带带上上的的O点点是是起起始始点点，选选取取纸纸带带上上连连续续的的点点A、B、C、D、E、F作作为为计计数数点点，并并测测出出各各计计数数点点到到O点点的的距距离离依依次次为为27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66
6、 cm、56.07 cm。已已知知打打点点计计时时器器所所用用的的电电源源是是50 Hz的的交交流流电电，重重物物的的质质量量为为0.5 kg，则则从从计计时时器器打打下下点点O到到打打下下点点D的的过过程程中中，重重物物减减小小的的重重力力势势能能 Ep_J；重重物物增增加加的的动动能能 Ek_J，两两者者不不完完全全相相等等的的原原因因可可能能是是_。(重重力力加加速速度度 g取取9.8 m/s2，计算结果保留三位有效数字，计算结果保留三位有效数字)2.122.14重物下落过程中受到阻力作用重物下落过程中受到阻力作用(3)实实验验小小组组的的同同学学又又正正确确计计算算出出图图乙乙中中打打
7、下下计计数数点点A、B、C、D、E、F各各点点的的瞬瞬时时速速度度v，以以各各计计数数点点到到A点点的的距距离离h为为横横轴轴，v2为为纵纵轴轴作作出出图图像像，如如图图丙丙所所示示，根根据据作作出出的的图图线线，能能粗粗略略验验证证自自由由下下落落的的物物体体机机械械能能守守恒恒的的依依据据是是_。图像的斜率等于图像的斜率等于19.52，约为重力，约为重力加速加速度度g的两倍，故能验证的两倍，故能验证(1)在在弹弹性性限限度度内内将将钩钩码码缓缓慢慢下下拉拉至至某某一一位位置置，测测得得此此时时弹弹簧簧的的长长度度为为L。接接通通打打点点计计时时器器电电源源。从从静静止止释释放放钩钩码码，弹
8、弹簧簧收收缩缩，得得到到了了一一条条点点迹迹清清晰晰的的纸纸带带。钩钩码码加加速速上上升升阶阶段段的的部部分分纸纸带带如如图图乙乙所所示示，纸纸带带上上相相邻邻两两点点之之间间的的时时间间间间隔隔均均为为T(在在误误差差允允许许范范围围内内，认认为为释释放放钩钩码码的的同同时时打打出出A点点)。从从 打打 出出 A点点 到到 打打 出出 F点点 时时 间间 内内，弹弹 簧簧 的的 弹弹 性性 势势 能能 减减 少少 量量 为为 _，钩钩码码的的动动能能增增加加量量为为_，钩钩码码的的重重力势能增加量为力势能增加量为_。mgh5(2)利利用用计计算算机机软软件件对对实实验验数数据据进进行行处处理
9、理，得得到到弹弹簧簧弹弹性性势势能能减减少少量量、钩钩码码的的机机械械能能增增加加量量分分别别与与钩钩码码上上升升高高度度h的的关关系系，如如图图丙丙所所示示。由由图图丙丙可可知知，随随着着h增增加加，两两条条曲曲线线在在纵纵向向的的间间隔隔逐逐渐渐变变大大，主主要原因是要原因是_。见解析见解析 解解析析钩钩码码机机械械能能的的增增加加量量，即即钩钩码码动动能能和和重重力力势势能能增增加加量量的的总总和和，若若无无阻阻力力做做功功则则弹弹簧簧弹弹性性势势能能的的减减少少量量等等于于钩钩码码机机械械能能的的增增加加量量。现现在在随随着着h增增加加，两两条条曲曲线线在在纵纵向向的的间间隔隔逐逐渐渐
10、变变大大，而而两两条条曲曲线线在在纵纵向向的的间间隔隔即即阻阻力力做做的的功功，则则产产生生这这个个问问题题的的主主要要原原因因是是钩钩码码和和纸纸带带运运动动的的速速度度逐逐渐渐增增大大，导导致致空空气气阻阻力力逐逐渐渐增增大大，以以至至于于钩钩码码克克服空气阻力做的功也逐渐增大。服空气阻力做的功也逐渐增大。学习效果随堂评估自测031用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，若按正确的实验步骤用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，若按正确的实验步骤进行，并选出如图乙所示的纸带，回答下列问题：进行，并选出如图乙所示的纸带，回答下列问题：1 12 23 34 45 5(1)纸带的纸带的_(选填选填“
11、左左”或或“右右”)端与重物相连。端与重物相连。1 12 23 34 45 5 解解析析物物体体做做加加速速运运动动，纸纸带带上上的的相相邻邻点点之之间间的的距距离离越越来来越越大大，故纸带左端与重物相连。故纸带左端与重物相连。左左(2)下面列举了该实验的几个操作步骤下面列举了该实验的几个操作步骤(示意图如图所示示意图如图所示)：A按照图示的装置安装器件；按照图示的装置安装器件；B将打点计时器接到电源的交流输出端上；将打点计时器接到电源的交流输出端上；C用天平测量出重物的质量；用天平测量出重物的质量；D释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一
12、条纸带；E测量纸带上打出的某些点之间的距离；测量纸带上打出的某些点之间的距离；F根根据据测测量量的的结结果果计计算算重重物物下下落落过过程程中中减减少少的的重重力力势势能能是是否否等等于于增增加加的的动能。动能。1 12 23 34 45 51 12 23 34 45 5指指出出其其中中没没有有必必要要进进行行的的和和操操作作不不恰恰当当的的步步骤骤，将将其其选选项项对对应应的的字字母填在下面的横线上，并改正不恰当的步骤：母填在下面的横线上，并改正不恰当的步骤：没没有有必必要要进进行行的的步步骤骤是是_，理理由由是是_，操操作作不不恰恰当当的的步步骤骤是是_，改改正正为为_。解解析析在在验验证
13、证机机械械能能守守恒恒时时，左左右右两两边边式式子子均均有有质质量量m，可可以以约约去去，没没有有必必要要用用天天平平测测重重物物的的质质量量；先先接接通通电电源源，待待打打点点稳稳定定后后再再释释放放纸纸带带，D错误。错误。C在验证机械能守恒时，在验证机械能守恒时，左左右两边式子的质量右两边式子的质量m可以约去可以约去D先接通电源，待打点稳定后再释放纸带先接通电源，待打点稳定后再释放纸带2现现利利用用如如图图所所示示装装置置“验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”。图图中中AB是是固固定定的的光光滑滑斜斜面面，斜斜面面的的倾倾角角为为30，1和和2是是固固定定在在斜斜面面上上适适当当位位置置
14、的的两两个个光光电电门门，与与它它们们连连接接的的光光电电计计时时器器都都没没有有画画出出。让让滑滑块块从从斜斜面面的的顶顶端端滑滑下下，光光电电门门1、2各各自自连连接接的的光光电电计计时时器器显显示示的的挡挡光光时时间间分分别别为为5.0010-2 s、2.0010-2 s。已已知知滑滑块块质质量量为为2.00 kg，滑滑块块沿沿斜斜面面方方向向的的长长度度为为5.00 cm，光光电电门门1和和2之之间间的的距距离离为为0.54 m，g取取9.80 m/s2，取取滑滑块块经经过过光电门时的速度为其平均速度。光电门时的速度为其平均速度。(结果均保留三位有效数字结果均保留三位有效数字)1 12
15、 23 34 45 5(1)滑滑块块通通过过光光电电门门1时时的的速速度度v1_m/s，通通过过光光电电门门2时时的的速速度度v2_m/s。1 12 23 34 45 51.002.50(2)滑滑块块通通过过光光电电门门1、2之之间间的的动动能能增增加加量量为为_J，重重力力势能的减少量为势能的减少量为_J。1 12 23 34 45 55.255.29(3)实实验验可可以以得得出出的的结结论论：_。解析解析在实验误差允许的范围内，滑块的机械能守恒。在实验误差允许的范围内，滑块的机械能守恒。在实验误差允许的范围内，滑块的在实验误差允许的范围内，滑块的机械机械能守恒能守恒3某某同同学学根根据据机
16、机械械能能守守恒恒定定律律，设设计计实实验验探探究究弹弹簧簧的的弹弹性性势势能能与与压压缩量的关系。缩量的关系。(1)如如图图甲甲，将将轻轻质质弹弹簧簧下下端端固固定定于于铁铁架架台台上上，在在上上端端的的托托盘盘中中依依次次增增加加砝砝码码，测测量量相相应应的的弹弹簧簧长长度度，部部分分数数据据如如表表所所示示。由由数数据据算算得得劲度系数劲度系数k_N/m。(g取取9.80 m/s2)1 12 23 34 45 5砝码质量砝码质量/g50100150弹簧长度弹簧长度/cm8.627.636.6650(2)取取下下弹弹簧簧，将将其其一一端端固固定定于于气气垫垫导导轨轨左左侧侧，如如图图乙乙所所示示；调调整整导导轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小_。1 12 23 34 45 5 解解析析要要调调整整气气垫垫导导轨轨水水平平，使使滑滑块块自自由由滑滑动动时时，通通过过两两个个光光电电门的速度大小相等。门的速度大小相等。相等相等(3)用用滑滑块块压压缩缩弹弹簧簧，记记录录弹弹簧簧的的压压缩缩量量x；释释放放滑滑块块，记记录录滑滑块块脱
