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1、第四章机械能及其守恒定律第六节验证机械能守恒定律学习目标学习目标学法指导学法指导1能提出可验证的物理问题能提出可验证的物理问题2能在他人帮助下制订科学能在他人帮助下制订科学验证方案，会使用实验器材获验证方案，会使用实验器材获取数据取数据3能根据数据形成结论，会能根据数据形成结论，会分析产生实验误差的原因分析产生实验误差的原因1通过认真阅读教材，明确实验目的，理通过认真阅读教材，明确实验目的，理解实验原理和实验设计思路解实验原理和实验设计思路2通过通过“研究自由下落物体的机械能研究自由下落物体的机械能”和和“研究沿斜面下滑物体的机械能研究沿斜面下滑物体的机械能”实验，实验，掌握实验方法，明确实验
2、中需要注意的问掌握实验方法，明确实验中需要注意的问题题3通过误差分析，掌握减少实验误差的方通过误差分析，掌握减少实验误差的方法，并能创新设计新的实验法，并能创新设计新的实验知识导图知识导图课前自主预习一、实验目的一、实验目的利用重物的自由下落验证机械能守恒定律利用重物的自由下落验证机械能守恒定律二、实验思路二、实验思路机机械械能能守守恒恒的的前前提提是是“只只有有重重力力或或弹弹力力做做功功”，因因此此可可用用小小球球自自由由落落体体的的过过程程、物物体体沿沿光光滑滑斜斜面面下下滑滑的的过过程程和和用用细细线线悬悬挂挂小小球球摆摆动动的的过过程程来验证机械能守恒定律来验证机械能守恒定律三、物理
3、量的测量三、物理量的测量利利用用打打点点计计时时器器、电电源源、纸纸带带、复复写写纸纸、重重物物、刻刻度度尺尺、带带有有铁铁夹夹的铁架台、导线测量物体下降的高度及运动的速度的铁架台、导线测量物体下降的高度及运动的速度四、实验步骤四、实验步骤1安安装装：将将打打点点计计时时器器固固定定在在铁铁架架台台上上；用用导导线线将将打打点点计计时时器器与与低压交流电源相连接低压交流电源相连接2接接电电源源，打打点点：把把纸纸带带的的一一端端在在重重物物上上用用夹夹子子固固定定好好，另另一一端端穿穿过过打打点点计计时时器器的的限限位位孔孔，用用手手提提着着纸纸带带使使重重物物停停靠靠在在打打点点计计时时器器
4、附附近近接接通通电电源源，待待打打点点稳稳定定后后松松开开纸纸带带，让让重重物物自自由由下下落落，重重复复几几次次，打下打下35条纸带条纸带六、注意事项六、注意事项1安安装装打打点点计计时时器器时时，必必须须使使两两个个限限位位孔孔在在同同一一竖竖直直线线上上，以以减减少摩擦阻力少摩擦阻力2应应选选用用质质量量和和密密度度较较大大的的重重物物，增增大大重重力力可可使使阻阻力力的的影影响响相相对对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小3实实验验时时必必须须保保持持提提起起的的纸纸带带竖竖直直，手手不不动动接接通通电电源源后后，让让打打点计时器工作
5、稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点七、误差分析七、误差分析1本本实实验验的的误误差差主主要要来来自自于于空空气气阻阻力力及及纸纸带带和和计计时时器器限限位位孔孔之之间间的的摩摩擦擦，故故重重力力势势能能的的减减少少量量应应等等于于动动能能增增加加量量和和克克服服阻阻力力做做功功之之和和，所以动能的增加量应略小于重力势能的减少量所以动能的增加量应略小于重力势能的减少量2偶然误差偶然误差测量长度时会带来误差，减少误差的办法：测量长度时会带来误差，减少误差的办法：(1)测距离时都应从打第一个点测距离时都应从打第一个点(O点点)量起量起
6、(2)多测几次取平均值多测几次取平均值3系统误差系统误差实实验验中中重重物物和和纸纸带带下下落落过过程程中中要要克克服服阻阻力力(主主要要是是打打点点计计时时器器的的阻阻力力)做做功功，故故动动能能的的增增加加量量Ek必必定定稍稍小小于于重重力力势势能能的的减减少少量量Ep，减减少少误误差差的的办办法法：(1)增增大大重重物物的的质质量量(2)减减小小器器材材摩摩擦擦，打打点点计计时时器器换换成成电电火火花计时器花计时器课堂重难探究实验原理和过程实验原理和过程例例1用用如如图图所所示示的的实实验验装装置置验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律实实验验所所用用的的电电源源为为学学生生电电源源，输输
7、出出电电压压有有6 V的的交交流流电电和和直直流流电电两两种种，重重物物从从高高处处由由静静止止开开始始下下落落，重重物物拖拖着着纸纸带带通通过过打打点点计计时时器器打打出出一一系系列列的的点点对对纸纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律(1)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：A按照图示的装置安装器材；按照图示的装置安装器材；B将打点计时器接到电源的直流输出端上；将打点计时器接到电源的直流输出端上；C用天平测出重物的质量；用天平测出重物的质量；D释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸带；释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸
8、带；E测量打出的纸带上某些点之间的距离；测量打出的纸带上某些点之间的距离；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加的动能增加的动能其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤是其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤是_(填选项字母填选项字母)【答案】【答案】(1)BCD(2)过原点的倾斜直线重力加速度过原点的倾斜直线重力加速度g变式变式1(2023年柳州学业考试年柳州学业考试)在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中：的实验中：(1)某某同同学学选选用用图图甲甲所所示示的的打打点点计计时时器器，则则应应按按图图_(填填
9、“乙乙”“”“丙丙”或或“丁丁”)中的方法连接电源中的方法连接电源(2)释释放放纸纸带带前前，正正确确的的操操作作方方式式是是_ _(3)本实验中，下列说法正确的是本实验中，下列说法正确的是_A可选用木质重物作为研究对象可选用木质重物作为研究对象B安装打点计时器时，应使两个限位孔处于同一条竖直线上安装打点计时器时，应使两个限位孔处于同一条竖直线上C重物的质量可以不测量重物的质量可以不测量D可以根据可以根据vgt来计算重物在来计算重物在t时刻的瞬时速度时刻的瞬时速度【答案】【答案】(1)丙丙(2)C(3)BC【解解析析】(1)图图甲甲所所示示的的打打点点计计时时器器为为电电磁磁打打点点计计时时器
10、器，工工作作电电压压为为交变电压交变电压46 V，所以选择图丙所示的方法连接电源，所以选择图丙所示的方法连接电源(2)释释放放纸纸带带前前，用用手手提提着着纸纸带带，使使重重物物静静止止在在打打点点计计时时器器下下方方，让让重重物物紧紧靠靠着着打打点点计计时时器器下下方方，且且纸纸带带要要足足够够长长，A、B、D错错误误，C正正确确(3)木木质质重重物物的的密密度度较较小小，所所受受到到的的空空气气阻阻力力较较大大，会会对对实实验验结结果果造造成成很很大大的的误误差差，故故不不选选用用木木制制重重物物作作为为研研究究对对象象，A错错误误；安安装装打打点点计计时时器器时时，应应使使两两个个限限位
11、位孔孔处处于于同同一一条条直直线线上上，B正正确确；重重物物的的质质量量可可以以不不测测，C正正确确；计计算算重重物物在在t时时刻刻的的瞬瞬时时速速度度是是根根据据中中间间时时刻刻的的瞬瞬时时速速度度等于这段时间的平均速度来计算的，等于这段时间的平均速度来计算的，D错误错误实验数据处理和误差分析实验数据处理和误差分析例例2某同学用图甲所示某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有交流电源，可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和和40 Hz打出打出纸带的一部分如图乙所示纸带的一部分如图乙所示
12、该该同同学学在在实实验验中中没没有有记记录录交交流流电电的的频频率率f，需需要要用用实实验验数数据据和和其其他他题题给条件进行推算给条件进行推算(1)若若从从打打出出的的纸纸带带可可判判定定重重物物匀匀加加速速下下落落利利用用f和和图图乙乙中中给给出出的的物物理理量量可可以以写写出出：在在打打点点计计时时器器打打出出B点点时时，重重物物下下落落的的速速度度大大小小为为_打打出出C点点时时重重物物下下落落的的速速度度大大小小为为_，重重物物下落的加速度大小为下落的加速度大小为_(2)已已测测得得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；当当地地重重力力加加速速度度大大小小为为
13、9.80 m/s2，实实验验中中重重物物受受到到的的平平均均阻阻力力大大小小约约为为其其重重力力的的1%由此推算出交流电的频率由此推算出交流电的频率f为为_Hz变变式式2(2022年年广广州州天天河河区区期期末末)利利用用重重物物自自由由下下落落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，某某同同学学用用如如图图甲甲所所示示的的实实验验装装置置，让让重重物物从从高高处处由由静静止止开开始始下下落落，拖拖着着的的纸纸带带打打出出一一系系列列的的点点，对对纸纸带带上上的的点点迹迹进进行行测测量量，从从而验证机械能守恒定律而验证机械能守恒定律(1)下列有关实验过程的要求，说法正确的是下列有
14、关实验过程的要求，说法正确的是_A将将打打点点计计时时器器固固定定在在铁铁架架台台上上，保保证证打打点点计计时时器器的的两两个个限限位位孔孔在同一条竖直线在同一条竖直线上上B把把纸纸带带的的一一端端固固定定到到重重物物上上，另另一一端端穿穿过过打打点点计计时时器器的的限限位位孔孔，用用手手提提着着纸纸带带上上端端并并将将下下端端的的重重物物靠靠近近打打点点计计时时器器，先先接接通通直直流流电电源源再再释放纸带释放纸带C打打出出多多条条纸纸带带，选选择择点点迹迹清清晰晰且且第第1、2点点间间的的距距离离接接近近4 mm的的纸带进行处理纸带进行处理D该验证实验不需要用天平称出重物的质量该验证实验不
15、需要用天平称出重物的质量(2)该该同同学学按按图图甲甲所所示示，正正确确安安装装实实验验装装置置进进行行实实验验操操作作，从从打打出出的的纸纸带带中中选选出出符符合合要要求求的的纸纸带带进进行行测测量量，数数据据如如图图乙乙所所示示图图中中O点点为为打打点点起起始始点点，且且速速度度为为0若若已已知知重重物物质质量量m1 kg，图图中中相相邻邻计计数数点点的的时时间间间间隔隔为为0.04 s，从从打打点点计计时时器器打打下下起起点点O到到打打下下C点点的的过过程程中中，重重物物重重力力势势能能的的减减少少量量Ep_J，此此过过程程中中重重物物动动能能的的增增加加量量Ek_J，由由此此可可得得到
16、到：在在误误差差允允许许的的范范围围内内，重重物物自自由由下下落落过过程程中中的的机机械械能能守守恒恒(g取取10 m/s2，计计算算结结果果均均保保留留4位位有有效效数数字字)经经过过多多次次实实验验，发发现现重重力力势势能能的的减减小小量量总总是是稍稍大大于于动动能能的的增增加加量量，其其原原因因是是_ _【答案】【答案】(1)AD(2)3.2503.125重物下落过程中存在阻力作用重物下落过程中存在阻力作用(2)重力势能减小量为重力势能减小量为Epmgh1100.325 0 J3.250 J例例3(2023年年中中山山期期中中)如如图图所所示示，某某实实验验小小组组在在实实验验室室中中利利用用水水平平气气垫垫导导轨轨和和两两个个光光电电门门计计时时器器A和和B，验验证证质质量量为为M的的滑滑块块(含含遮遮光光条条)和和质质量量为为m的的钩钩码码组组成成的的系系统统机机械械能能守守恒恒已已知知遮遮光光条条的的宽宽度度为为d，先先后后通通过过A、B光光电电门门的的时时间间分分别别为为t1、t2，光光电电门门A、B之之间间的的距距离离为为s滑滑块运动通过光电门块运动通过光电门B时，钩码
