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1、课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练第第9节实验：验证机械能守恒定律节实验：验证机械能守恒定律课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练阅阅读读教教材材第第7980页页，知知道道实实验验原原理理、实实验验器器材材、实实验验步步骤骤及及数据处理。数据处理。实验目的实验目的1.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。2.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。实验原理实验原理让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，
2、有让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：两种方案验证物体的机械能守恒：课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练mghmgh实验器材实验器材铁架台铁架台(带铁夹带铁夹)、_、重锤、重锤(带纸带夹子带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、_。电磁打点计时器电磁打点计时器低压交流电源低压交流电源课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练实验过程实验过程一、实验步骤一、实验步骤1.安安装装置置：按按图图将将检检查查、调调整整好好的的打打点点计计时时器器竖竖直固定
3、在铁架台上，接好电路。直固定在铁架台上，接好电路。2.打打纸纸带带：将将纸纸带带的的一一端端用用夹夹子子固固定定在在重重物物上上；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使使重重物物静静止止在在_打打点点计计时时器器的的地地方方。先先_，后后松松开开纸纸带带，让让重重物物带带着着纸纸带带自自由下落。更换纸带重复做由下落。更换纸带重复做35次实验。次实验。靠近靠近接通电源接通电源课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练3.选选纸纸带带：选选取取点点迹迹较较为为清清晰晰且且有有两两点点间间的的距距离离约约为为_的的纸纸带带，
4、把把纸纸带带上上打打出出的的两两点点间间的的距距离离为为2 mm的的第第一一个个点点作作为为起起始始点点，记记作作O，在在距距离离O点点较较远远处处再再依依次次选出计数点选出计数点1、2、34.测距离测距离：用刻度尺测出：用刻度尺测出O点到点到1、2、3的距离，即为对的距离，即为对应下落的高度应下落的高度h1、h2、h32 mm二、数据处理二、数据处理1.计算各点对应的瞬时速度计算各点对应的瞬时速度：记下第：记下第1个点的位置个点的位置O，在纸带，在纸带上从离上从离O点适当距离开始选取几个计数点点适当距离开始选取几个计数点1、2、3并测并测量出各计数点到量出各计数点到O点的距离点的距离h1、h
5、2、h3再根据公式再根据公式v vn_，计算出，计算出1、2、3、4、n点的瞬时速点的瞬时速度度v v1、v v2、v v3、v v4v vn。课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练2.机械能守恒验证机械能守恒验证课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练原点原点g课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练误差分析误差分析1.在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差。在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差。2.重重物物下下落落要要克克服服阻阻力力做做功功，部部分分机机械械能能转转化化成成_，下下落落
6、高高度度越越大大，机机械械能能损损失失越越多多，所所以以实实验验数数据据出出现现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。3.由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差。产生误差。内能内能课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练注意事项注意事项1.应应尽尽可可能能控控制制实实验验满满足足机机械械能能守守恒恒的的条条件件，这这就就要要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安安装装打打点点计计时时器器时时，必必须须使使两
7、两个个限限位位孔孔的的中中线线严严格竖直，以减小格竖直，以减小_。(2)应选用质量和密度较应选用质量和密度较_的重物，增大重力可使的重物，增大重力可使阻力的影响相对阻力的影响相对_，增大密度可以减小体积，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小。使空气阻力减小。摩擦阻力摩擦阻力大大减小减小课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练2.纸带选取：纸带选取：课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练实验原理与操作实验原理与操作精典示例精典示例例例1 如图如图1为验证机械能守恒定律的实验装置示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为：
8、带铁夹的铁架台、电磁意图。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。回打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：答下列问题：图图1(1)为为完完成成此此实实验验，除除了了所所给给的的器器材材外外，还还需需要要的的器器材材有有_。(填入正确选项前的字母填入正确选项前的字母)A.米尺米尺B.秒表秒表C.012 V的直流电源的直流电源D.012 V的交流电源的交流电源课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练(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：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
9、打点计时器接到电源的将打点计时器接到电源的“直流输出直流输出”上上C.用天平测出重锤的质量用天平测出重锤的质量D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带E.测量纸带上某些点间的距离测量纸带上某些点间的距离F.根根据据测测量量的的结结果果计计算算重重锤锤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增加的动能于增加的动能其中操作不当的步骤是其中操作不当的步骤是_。(3)实验中误差产生的原因有实验中误差产生的原因有_(写出两个原因写出两个原因)。课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练(4)利用这个装置也可以测量重锤
10、下落的加速度利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。的数值。根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图，测出各点之间的距离如图2所示。使用交流电源的频率所示。使用交流电源的频率为为f，则计算重锤下落的加速度的表达式，则计算重锤下落的加速度的表达式a_。(用用x1、x2、x3、x4及及f表示表示)图图2课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练解解析析(1)为为完完成成此此实实验验，除除了了所所给给的的器器材材外外，测测量量需需要要米米尺尺，电源需要电源需要012 V的交流电源。的交
11、流电源。(2)其其中中操操作作不不当当的的步步骤骤是是将将打打点点计计时时器器接接到到电电源源的的“直直流流输出输出”上上，打点计时器需要交流电源。打点计时器需要交流电源。(3)纸纸带带与与打打点点计计时时器器之之间间有有摩摩擦擦以以及及空空气气阻阻力力；用用米米尺尺测测量量纸纸带带上上点点的的位位置置时时读读数数有有误误差差；计计算算势势能能变变化化时时，选选取取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定。初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定。( (4)由由xaT2得：得：课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练答案答案(1)AD(2)B(3)纸带与打点计时器之
12、间有纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上点的位置时摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取初、末两点距读数有误差；计算势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定离过近；交流电源频率不稳定课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练实验数据的处理实验数据的处理精典示例精典示例例例2 (2019全国卷全国卷)某同学用图某同学用图3甲所示的实验装置验证机甲所示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交流电源，可以械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有使用的频率有20 H
13、z、30 Hz和和40 Hz，打出纸带的一部分如，打出纸带的一部分如图乙所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率图乙所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要，需要用实验数据和其他条件进行推算。用实验数据和其他条件进行推算。课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练图图3(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大小为度大小为_
14、，重物下落的加速度大小为，重物下落的加速度大小为_。(2)已测得已测得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；当地；当地重力加速度大小为重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的大小约为其重力的1%。由此推算出。由此推算出f为为_Hz。课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练1.甲甲同同学学准准备备做做“验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”的的实实验验，乙乙同同学学准准备做备做“探究加速度与力、质量的关系探究
15、加速度与力、质量的关系”的实验。的实验。(1)图图4中中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材有图中选用的器材有_；乙同学需在图中选用的器材；乙同学需在图中选用的器材有有_。(用字母表示用字母表示)图图4课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练(2)乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图图5所示的两条纸带所示的两条纸带和和。纸带。纸带_(选填选填“”“”或或“”“”)的加速度大，其加速度大小为的加速度大，其加速度大小为_。图图5答案答案(1)A、BB、D、E
16、(2)2.50 m/s2(2.482.52 m/s2均可均可)课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练2.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)从下列器材中选出实验所必须的，其编号为从下列器材中选出实验所必须的，其编号为_。A.打点计时器打点计时器(包括纸带包括纸带) B.重锤重锤C.天平天平 D.毫米刻度尺毫米刻度尺E.秒表秒表(或停表或停表) F.运动小车运动小车(2)进行实验时，为保证重物下落时初速度为零，应进行实验时，为保证重物下落时初速度为零，应_。A.先接通电源，再释放纸带先接通电源，再释放纸带B.先释放纸带，再接通电
17、源先释放纸带，再接通电源课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练(3)下列说法中正确的是下列说法中正确的是_。A.实验中用打点计时器时，一定用到低压直流电源实验中用打点计时器时，一定用到低压直流电源B.选用重物时，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好选用重物时，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好C.要选用第要选用第1、2两点距离接近两点距离接近2 mm的纸带的纸带D.实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减少量实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减少量解析解析(1)打点计时器打点计时器(含纸带含纸带)、重锤是必须的、重锤是必须的，为了测量计数点为了测量计
18、数点的距离的距离，需要毫米刻度尺；因为是比较需要毫米刻度尺；因为是比较mgh、 mv v2的大小关系的大小关系，故故m可约去可约去，不需要测出重物的质量不需要测出重物的质量，不需要用天平；打点计时不需要用天平；打点计时器本身可以计算时间器本身可以计算时间，所以不需要秒表所以不需要秒表，实验用的是重锤实验用的是重锤，不不需要运动小车。故选需要运动小车。故选A、B、D。课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练( (2)开始记录时开始记录时，应先给打点计时器通电打点应先给打点计时器通电打点，然后再释放纸然后再释放纸带带，让它带着纸带一同落下。这样有利于数据的采集和处理
19、让它带着纸带一同落下。这样有利于数据的采集和处理，减少实验误差。故选减少实验误差。故选A。答案答案(1)ABD(2)A(3)BCD课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练3.(2019郑州高一检测郑州高一检测)如图如图6是利用重物自是利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验装置。由下落验证机械能守恒定律的实验装置。图图6(1)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，没没有有必必要进行的操作是要进行的操作是_。A.用天平测重物的质量用天平测重物的质量B.用秒表测重物下落的时间用秒表测重物下落的时间C.用打点计时器记录重物下落的信息用打点计时器记录
20、重物下落的信息D.用纸带记录测量重物下落的高度用纸带记录测量重物下落的高度课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练(2)该实验所用打点计时器的电源频率为该实验所用打点计时器的电源频率为50 Hz，如图，如图7所所示，示，A、B、C为纸带中选取的三个计数点，每两个计数点为纸带中选取的三个计数点，每两个计数点之间还有之间还有4个点未画出，则每两个计数点之间的时间间隔个点未画出，则每两个计数点之间的时间间隔T_s，打点计时器在打下计数点，打点计时器在打下计数点B时，物体的下落时，物体的下落速度为速度为v vB_m/s。(小数点后保留两位有效数字小数点后保留两位有效数字
21、)图图7(3)由于该实验中存在阻力做功，所以实验测得的重物的由于该实验中存在阻力做功，所以实验测得的重物的重力势能的减少量重力势能的减少量_(选填选填“”“”“”或或“”)动能的增加量。动能的增加量。课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练答案答案(1)AB(2)0.12.36(3)课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练4.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。剩下的一段纸带上纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上
22、各相邻点间的距离已测出标在图各相邻点间的距离已测出标在图8中，单位是中，单位是cm。打点计时。打点计时器工作频率为器工作频率为50 Hz，重力加速度，重力加速度g取取9.8 m/s2，重物质量为，重物质量为m。图图8课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练(2)根据实验判断下列图象正确的是根据实验判断下列图象正确的是(其中其中Ek表示重物动表示重物动能的变化量，能的变化量，h表示重物下落的高度表示重物下落的高度)()(1)重重物物在在2点点时时的的速速度度v v2_，在在5点点时时的的速速度度v v5_，此此过过程程中中动动能能增增加加量量Ek_，重重力力势势能
23、能减少量减少量Ep_。由以上可得出实验结论：。由以上可得出实验结论：_。课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练(2)重物机械能守恒重物机械能守恒，应有重物减少的重力势能转化为增加的动应有重物减少的重力势能转化为增加的动能能，即即Ekmgh，可见重物增加的动能与下落的距离成正比可见重物增加的动能与下落的距离成正比，选项选项C正确。正确。答案答案(1)1.50 m/s2.075 m/s1.03m J1.06m J在误差允在误差允许的范围内，机械能守恒许的范围内，机械能守恒(2)C课前自主梳理课
24、前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练5.(2019青岛高一检测青岛高一检测)利用如图利用如图9所示实验装置来所示实验装置来验证机械能守恒定律。通过电磁铁控制的小铁验证机械能守恒定律。通过电磁铁控制的小铁球从球从A点自由下落，下落过程中小铁球经过光电点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门门B时，毫秒计时器时，毫秒计时器(图中未画出图中未画出)记录下小铁球记录下小铁球的挡光时间的挡光时间t。实验前调整光电门位置，使小球。实验前调整光电门位置，使小球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光下落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光电门，当地重力加速度为电门，当地重力加速度为g。图
25、图9课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练(1)为为了了验验证证小小铁铁球球下下落落过过程程中中机机械械能能是是否否守守恒恒，还还需需要要测测量量的物理量是的物理量是_。A.A点距地面的高度点距地面的高度HB.A、B之间的距离之间的距离hC.小铁球从小铁球从A到到B的下落时间的下落时间tABD.小铁球的直径小铁球的直径d(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度小铁球通过光电门时的瞬时速度v v_；要验证；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式_是是否成立即可否成立即可(用实验中测得物理量的符号表示用实验中测得物
26、理量的符号表示)。课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练解析解析(1)根据实验原理可知根据实验原理可知，需要测量的是需要测量的是A点到光电门点到光电门B的距离的距离，故故A错误错误，B正确；利用小球通过光电门的平均速正确；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间不需要测量下落时间，故故C错误；利用错误；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道需要知道挡光物体的尺寸挡光物体的尺寸，因此需要测量小球的直径因此需要测量小球的直径，故故D正确。正确。课前自主梳理课前自主梳理课堂
27、互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练6.现利用如图现利用如图10所示装置验证机械能守恒定律。图中所示装置验证机械能守恒定律。图中AB是固是固定的光滑斜面，斜面的倾角为定的光滑斜面，斜面的倾角为30，1和和2是固定在斜面上适是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出。当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑下，光电门让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为器显示的挡光时间分别为5.00102s、2.00102s。已知滑。已知滑块质量为块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门，光电门1和和2之间的距离为之间的距离为0.54 m，g取取9.80 m/s2，取滑块经过光电门，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度。时的速度为其平均速度。图图10课前自主梳理课前自主梳理课堂互动探究课堂互动探究课时达标训练课时达标训练(1)滑滑块块经经过过光光电电门门1时时的的速速度度v v1_m/s，通通过过光光电门电门2时的速度时的速度v v2_m/s。(2)滑块通过光电门滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为之间的动能增加量为_J，重力势能的减少量为重力势能的减少量为_J。答案答案(1)1.002.50(2)5.255.29
