实验验证机械能守恒

1、 误差分析 1减小测量误差：一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落 高度测量完，二是多测几次取平均值 2误差来源：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量 Ekmv必定稍小于重力势能的减少量Epmghn，改进办法是调整器材的安装， 尽可能地减小阻力 注意事项 1打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一 竖直平面内以减少摩擦阻力 2重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料 3一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下 落 4测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn，不能用 vn或vngt来计算. 教材原型实

2、验 例 (2017天津卷，9(2)如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从 静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律 对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_ A重物选用质量和密度较大的金属锤 B两限位孔在同一竖直面内上下对正 C精确测量出重物的质量 D用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物 某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上，按正确操作得到 了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示，纸带上各点是打点 计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点重物下落高度应从纸带上计时 点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能

3、守恒定律的选项有_ AOA、AD和EG的长度BOC、BC和CD的长度 CBD、CF和EG的长度DAC、BD和EG的长度 【变式训练】(2016北京卷) 利用图1装置做“验证机械能守恒定律”实验 (1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的_ A动能变化量与势能变化量 B速度变化量和势能变化量 C速度变化量和高度变化量 (2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁 打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必 须使用的两种器材是_ A交流电源 B刻度尺 C天平(含砝码) (3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图2所示的一条纸带在纸带上选取三 个连续打出的点A、B、C，

4、测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC.已知当地重力 加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中， 重物的重力势能变化量Ep_，动能变化量Ek_. (4)大多数的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因_ A利用公式vgt计算重物速度 B利用公式v计算重物速度 C存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D没有采用多次实验取平均值的方法 (5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量 它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2h图象，并做如下 判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒请你

5、分析论证 该同学的判断依据是否正确 实验拓展与创新 1实验器材、装置的改进 2速度测量方法的改进 由光电门计算速度 3实验方案的改进 利用自由落体运动的闪光照片验证机械能守恒定律 例 (2018兰州诊断)用如图所示的气垫导轨装置验证机械能守恒定律，在气垫导轨 上安装了两光电门1、2，在滑块上固定一竖直遮光条，滑块用细线绕过滑轮与钩码相连 (1)在调整气垫导轨水平时，滑块不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度， 使它从轨道右端向左端运动，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间下 列选项中能够实现调整导轨水平的措施是_ A调节P使轨道左端升高一些 B调节P使轨道左端降低一些 C遮光

6、条的宽度应适当大一些 D滑块的质量增大一些 (2)实验时，测得光电门1、2间的距离为L，遮光条的宽度为d，滑块和遮光条的总 质量为M，钩码质量为m，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间间隔为t，则计 算滑块通过光电门速度的表达式为_，若用v1、v2分别表示通过光电门1、2的 速度，则系统机械能守恒成立的表达式为_ 【变式训练】(2018辽宁铁岭模拟)在验证机械能守恒定律的实验中，小明同学利用 传感器设计实验：如图甲所示，将质量为m、直径为d的金属小球在一定高度h由静止释放， 小球正下方固定一红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间t0，改变小球下落高度h ，进行多次重复实验 (1)用螺旋

7、测微器测小球的直径如图 乙所示，则小球的直径d_mm； (2)为直观判断小球下落过程中机械 能是否守恒，应作下列哪一个图象() Aht图象Bh1/ t图象 Cht2图象Dh1/ t2图象 (3)经正确的实验操作，小明发现小 球动能增加量mv2总是稍小于重力势能 减少量mgh，你认为增加释放高度h后， 两者的差值会_(选填“增 大”“缩小”或“不变”) 随堂训练随堂训练即时巩固即时巩固 1(2016四川卷，四川卷，8)用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能将弹簧放置在水平气用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能将弹簧放置在水平气 垫导轨上，左端固定，右端在垫导轨上，左端固定，右端在O点；在点；在O点右侧

8、的点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器位置各安装一个光电门，计时器(图中图中 未画出未画出)与两个光电门相连先用米尺测得与两个光电门相连先用米尺测得B、C两点间距离两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹，再用带有遮光片的滑块压缩弹 簧到某位置簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从，静止释放，计时器显示遮光片从B到到C所用的时间所用的时间t，用米尺测量，用米尺测量A、O之间的之间的 距离距离x. (1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是_ (2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量为求出弹簧的弹性势能，还需要测量_ A弹簧原长弹簧原长 B当地重力加速

9、度当地重力加速度 C滑块滑块(含遮光片含遮光片)的质量的质量 (3)增大增大A、O之间的距离之间的距离x，计时器显示时间，计时器显示时间t将将_ A增大增大B减小减小C不变不变 2为了为了“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”，某学生想到用气垫导轨和光电门及质量为，某学生想到用气垫导轨和光电门及质量为m的小车来的小车来 进行实验，如图所示，他将长为进行实验，如图所示，他将长为L、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高H，在导轨上的两，在导轨上的两 点处分别安装光电门点处分别安装光电门A和和B，然后将小车从导轨上端释放，光电门自动记录小车经过，然后将小车从导轨上

10、端释放，光电门自动记录小车经过A、B光光 电门时，车上挡光片的挡光时间电门时，车上挡光片的挡光时间t1、t2，用游标卡尺测得挡光片宽度为，用游标卡尺测得挡光片宽度为d. (1)要验证小车在运动过程中机械能守恒，还必须测出要验证小车在运动过程中机械能守恒，还必须测出 _ ( 2 ) 本 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 的 原 理 式 为本 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 的 原 理 式 为 _(用上面已知测量量和还用上面已知测量量和还 必须测出的物理量的符号表示必须测出的物理量的符号表示) 3(2018河北衡水中学期末河北衡水中学期末)在用在用“落体法落体法”做做“验证机

11、械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验时，小的实验时，小 明选择一条较为满意的纸带，如图甲所示，他舍弃前面密集的点，以明选择一条较为满意的纸带，如图甲所示，他舍弃前面密集的点，以O为起点，从为起点，从A点开始点开始 选取纸带上连续点选取纸带上连续点A、B、C、，测出，测出O到到A、B、C、的距离分别为的距离分别为h1、h2、h3、，电，电 源的频率为源的频率为f. (1)为减小实验误差，下列做法正确的是为减小实验误差，下列做法正确的是_ A选用质量大、体积小的重锤选用质量大、体积小的重锤 B安装打点计时器时两限位孔在同一竖直线上安装打点计时器时两限位孔在同一竖直线上 C释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直 D重锤下落时手始终提住纸带上端，保持纸带竖直重锤下落时手始终提住纸带上端，保持纸带竖直 (2)小明通过实验测得数据小明通过实验测得数据(有阻力的影响有