实验六-验证机械能守恒定律课件

实验六验证机械能守恒定律实验六验证机械能守恒定律一、基本原理与操作原理装置图操作要领(1)安装：打点计时器竖直安装；纸带沿竖直方向拉直(2)重物：选密度大、质量大的金属块，且靠近计时器处释放(3)打纸带：让重物自由下落，纸带上打下一系列小点(4)选纸带：点迹清晰，且所选用的点在同一条直线上一、基本原理与操作原理装置图操作要领(1)安装：打点计时器竖实验六-验证机械能守恒定律课件实验六-验证机械能守恒定律课件命题角度教材原型实验实验原理与操作【例1】

某同学用如图1甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”。实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6V的交变电流和直流电，交变电流的频率为50Hz。重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律。 (1)他进行了下面几个操作步骤： A.按照图示的装置安装器材；命题角度教材原型实验实验原理与操作【例1】某同学用如图1甲B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C.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；E.测量纸带上某些点间的距离；F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其增加的动能。其中没有必要进行的步骤是________，操作不当的步骤是________(均填步骤前的选项字母)。B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上；图1图1实验六-验证机械能守恒定律课件答案(1)C

B

(2)1.84

(3)C答案(1)CB(2)1.84(3)C拓展训练1

如图2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”。图2拓展训练1如图2所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动(1)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齐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(2)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3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守恒定律的选项有________。(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_____图3A.OA、AD和EG的长度B.OC、BC和CD的长度C.BD、CF和EG的长度D.AC、BD和EG的长度(3)该实验小组想要测量出物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。他们利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。图3实验六-验证机械能守恒定律课件实验六-验证机械能守恒定律课件(2)由EG的长度可求出打F点的速度v2，打O点的速度v1＝0，但求不出OF之间的距离h，故选项A错误；由BC和CD的长度可求出打C点的速度v2，打O点的速度v1＝0，有OC之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故选项B正确；由BD和EG的长度可分别求出打C点的速度v1和打F点的速度v2，有CF之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故选项C正确；AC、BD和EG的长度可分别求出打B、C、F三点的速度，但BC、CF、BF之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故选项D错误。(3)不能用自由落体的公式再计算瞬时速度，A、B错误；重物下落的高度是用刻度尺测量的，不是计算的，选项C错误；D为验证机械能守恒定律的实验测量方案，是正确的。答案(1)AB

(2)BC

(3)D(2)由EG的长度可求出打F点的速度v2，打O点的速度v1＝命题角度数据处理与分析【例2】

物理兴趣小组的同学用图4甲所示的装置“验证机械能守恒定律”，电源的频率为50Hz，重锤的质量为m＝1.0kg，重力加速度g＝9.8m/s2，他们通过正确的实验操作得到了如图乙所示的纸带。为了验证机械能是否守恒，该小组同学采用了以下两种方法。图4命题角度数据处理与分析【例2】物理兴趣小组的同学用图4甲所(1)方法一：打点计时器打下计时点5时重锤的瞬时速度为__________m/s，在打点计时器打下计时点0和5的过程中，重锤重力势能的变化量为ΔEp＝__________J，重锤动能的变化量为ΔEk＝__________J，若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒。(2)方法二：打点计时器打下计时点2时重锤的瞬时速度为__________m/s，在打点计时器打下计时点2和5的过程中，重锤重力势能的变化量为ΔEp′＝__________J，重锤动能的变化量为ΔEk′＝__________J，若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒。(3)以上两种方法，你认为__________(选填“方法一”或“方法二”)误差小。(1)方法一：打点计时器打下计时点5时重锤的瞬时速度为___实验六-验证机械能守恒定律课件(3)重锤刚下落的时候运动状态不稳定；方法二避开了刚开始的一段纸带，故方法二误差比较小。答案(1)1.155

0.659

0.667

(2)0.575

0.5080.502

(3)方法二(3)重锤刚下落的时候运动状态不稳定；方法二避开了刚开始的一拓展训练2

用自由落体法验证机械能守恒定律，器材安装如图5甲所示。图5拓展训练2用自由落体法验证机械能守恒定律，器材安装如图5甲(1)请指出图甲中的错误及不妥之处(至少写出两处)：①_________________________________________________________________；②_________________________________________________________________。(2)改进实验中错误及不妥之处后，打出如图乙所示一条纸带。已知打点计时器频率为50Hz，根据纸带所给数据，打C点时重物的速度为________m/s(结果保留2位有效数字)。(1)请指出图甲中的错误及不妥之处(至少写出两处)：实验六-验证机械能守恒定律课件答案(1)①使用的是直流电源②重物离打点计时器太远(2)2.2

(3)大于(4)0.031解析(1)打点计时器使用交流电；为充分利用纸带，释放时重物应靠近打点计时器；手应提着纸带上方，减小纸带与限位孔的摩擦。答案(1)①使用的是直流电源②重物离打点计时器太远(2实验拓展创新命题角度实验装置的创新【例3】

某同学利用如图6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个光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连。图6实验拓展创新命题角度实验装置的创新【例3】某同学利用如图6(1)实验时要调整气垫导轨使气垫导轨水平。不挂钩码和细线，接通气源，轻推滑块，使滑块从导轨右端向左端运动，如果滑块__________________，则表示气垫导轨已调整至水平状态。(2)不挂钩码和细线，接通气源，滑块从导轨右端向左端运动的过程中，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间。实施下列措施能够达到实验目标的是__________。A.调节P使轨道左端升高一些

B.调节Q使轨道右端降低一些C.遮光条的宽度应适当大一些(1)实验时要调整气垫导轨使气垫导轨水平。不挂钩码和细线，接D.滑块的质量增大一些E.气源的供气量增大一些(3)实验时，测出光电门1、2间的距离L，遮光条的宽度d，滑块和遮光条的总质量M，钩码质量m。由数字计时器读出遮光条通过光电门1、2的时间t1、t2，则系统机械能守恒成立的表达式是_______________________________________。D.滑块的质量增大一些解析(1)实验时要调整气垫导轨使气垫导轨水平。不挂钩码和细线，接通气源，轻推滑块使滑块从导轨右端向左端运动，如果滑块经两个光电门的时间相等，则表示气垫导轨调整至水平状态。(2)不挂钩码和细线，接通气源，滑块从导轨右端向左端运动的过程中，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间。说明滑块做加速运动，也就是左端低，右端高。所以能够达到实验目的的措施是调节P使轨道左端升高一些或调节Q使轨道右端降低一些。故选项A、B正确。解析(1)实验时要调整气垫导轨使气垫导轨水平。不挂钩码和细实验六-验证机械能守恒定律课件拓展训练3

(2019·茂名一模)某活动小组利用图7甲所示装置“验证机械能守恒定律”。钢球自由下落过程中，先后通过光电门A、B，计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h，当地的重力加速度为g。图7拓展训练3(2019·茂名一模)某活动小组利用图7甲所示装实验六-验证机械能守恒定律课件(3)钢球通过光电门的平均速度________(选填“＞”或“＜”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。答案(1)0.950

(2)D

(3)＜(3)钢球通过光电门的平均速度________(选填“＞”或命题角度实验方案的创新【例4】

利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图8甲所示，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和一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，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，实验时滑块在A处由静止开始运动。命题角度实验方案的创新【例4】利用气垫导轨“验证机械能守恒图8(1)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒。(用题中字母表示)图8(2)在上述实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2－d图象如图乙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________m/s2。(2)在上述实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2－d拓展训练4

某实验小组利用如图9所示的装置“验证机械能守恒定律”，实验主要步骤如下：图9①将光电门安放在固定于水平地面上的长木板上；②将细绳一端连在小车上，另一端绕过两个定滑轮后悬挂一钩码，调节木板上滑轮的高度，使该滑轮与小车间的细绳与木板平行；拓展训练4某实验小组利用如图9所示的装置“验证机械能守恒定③测出开始时小车上遮光板与光电门之间的距离L，接通电源，释放小车，记下小车遮光板经过光电门的时间t；④根据实验数据计算出小车与钩码组成的系统动能的增加量和钩码重力势能的减少量；⑤改变L的大小，重复步骤③、④，若在误差允许范围内，系统动能的增加量均等于钩码重力势能的减少量，说明该系统机械能守恒。③测出开始时小车上遮光板与光电门之间的距离L，接通电源，释放(1)根据上述实验步骤，实验中还需测量的物理量有________(填选项前的字母)。A.小车上遮光板的宽度d B.小车的质量m1C.钩码的质量m2 D.钩码下落的时间t′(2)由实验步骤和(1)选项中测得的物理量，可得到系统动能增加量为________，钩码重力势能减少量为________。(重力加速度为g)(1)根据上述实验步骤，实验中还需测量的物理量有______实验六-验证机械能守恒定律课件命题角度探究弹簧的弹性势能【例5】

某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。 (1)如图10甲，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表。由数据算得劲度系数k＝________N/m。(g取9.80m/s2)命题角度探究弹簧的弹性势能【例5】某同学根据机械能守恒定律图10砝码质量/g50100150弹簧长度/cm8.627.636.66图10砝码质量/g50100150弹簧长度/cm8.627.(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图乙所示；调整导轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小________。(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v。释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为________。(4)重复(3)中的操作，得到v与x的关系如图丙。由图可知，v与x成________关系。由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的________________成正比。(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图乙所示；调整(2)气垫导轨摩擦力可以忽略，故滑块做匀速直线运动，通过两个光电门的速度大小相等。(3)因忽略摩擦力，释放滑块后，弹簧的弹性势能转化为滑块的动能。答案(1)50

(2)相等(3)滑块的动能(4)正比压缩量的平方(2)气垫导轨摩擦力可以忽略，故滑块做匀速直线运动，通过两个实验六-验证机械能守恒定律课件实验六验证机械能守恒定律实验六验证机械能守恒定律一、基本原理与操作原理装置图操作要领(1)安装：打点计时器竖直安装；纸带沿竖直方向拉直(2)重物：选密度大、质量大的金属块，且靠近计时器处释放(3)打纸带：让重物自由下落，纸带上打下一系列小点(4)选纸带：点迹清晰，且所选用的点在同一条直线上一、基本原理与操作原理装置图操作要领(1)安装：打点计时器竖实验六-验证机械能守恒定律课件实验六-验证机械能守恒定律课件命题角度教材原型实验实验原理与操作【例1】

某同学用如图1甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”。实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6V的交变电流和直流电，交变电流的频率为50Hz。重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律。 (1)他进行了下面几个操作步骤： A.按照图示的装置安装器材；命题角度教材原型实验实验原理与操作【例1】某同学用如图1甲B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C.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；E.测量纸带上某些点间的距离；F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其增加的动能。其中没有必要进行的步骤是________，操作不当的步骤是________(均填步骤前的选项字母)。B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上；图1图1实验六-验证机械能守恒定律课件答案(1)C

B

(2)1.84

(3)C答案(1)CB(2)1.84(3)C拓展训练1

如图2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”。图2拓展训练1如图2所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动(1)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齐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(2)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3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守恒定律的选项有________。(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_____图3A.OA、AD和EG的长度B.OC、BC和CD的长度C.BD、CF和EG的长度D.AC、BD和EG的长度(3)该实验小组想要测量出物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。他们利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。图3实验六-验证机械能守恒定律课件实验六-验证机械能守恒定律课件(2)由EG的长度可求出打F点的速度v2，打O点的速度v1＝0，但求不出OF之间的距离h，故选项A错误；由BC和CD的长度可求出打C点的速度v2，打O点的速度v1＝0，有OC之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故选项B正确；由BD和EG的长度可分别求出打C点的速度v1和打F点的速度v2，有CF之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故选项C正确；AC、BD和EG的长度可分别求出打B、C、F三点的速度，但BC、CF、BF之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故选项D错误。(3)不能用自由落体的公式再计算瞬时速度，A、B错误；重物下落的高度是用刻度尺测量的，不是计算的，选项C错误；D为验证机械能守恒定律的实验测量方案，是正确的。答案(1)AB

(2)BC

(3)D(2)由EG的长度可求出打F点的速度v2，打O点的速度v1＝命题角度数据处理与分析【例2】

物理兴趣小组的同学用图4甲所示的装置“验证机械能守恒定律”，电源的频率为50Hz，重锤的质量为m＝1.0kg，重力加速度g＝9.8m/s2，他们通过正确的实验操作得到了如图乙所示的纸带。为了验证机械能是否守恒，该小组同学采用了以下两种方法。图4命题角度数据处理与分析【例2】物理兴趣小组的同学用图4甲所(1)方法一：打点计时器打下计时点5时重锤的瞬时速度为__________m/s，在打点计时器打下计时点0和5的过程中，重锤重力势能的变化量为ΔEp＝__________J，重锤动能的变化量为ΔEk＝__________J，若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒。(2)方法二：打点计时器打下计时点2时重锤的瞬时速度为__________m/s，在打点计时器打下计时点2和5的过程中，重锤重力势能的变化量为ΔEp′＝__________J，重锤动能的变化量为ΔEk′＝__________J，若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒。(3)以上两种方法，你认为__________(选填“方法一”或“方法二”)误差小。(1)方法一：打点计时器打下计时点5时重锤的瞬时速度为___实验六-验证机械能守恒定律课件(3)重锤刚下落的时候运动状态不稳定；方法二避开了刚开始的一段纸带，故方法二误差比较小。答案(1)1.155

0.659

0.667

(2)0.575

0.5080.502

(3)方法二(3)重锤刚下落的时候运动状态不稳定；方法二避开了刚开始的一拓展训练2

用自由落体法验证机械能守恒定律，器材安装如图5甲所示。图5拓展训练2用自由落体法验证机械能守恒定律，器材安装如图5甲(1)请指出图甲中的错误及不妥之处(至少写出两处)：①_________________________________________________________________；②_________________________________________________________________。(2)改进实验中错误及不妥之处后，打出如图乙所示一条纸带。已知打点计时器频率为50Hz，根据纸带所给数据，打C点时重物的速度为________m/s(结果保留2位有效数字)。(1)请指出图甲中的错误及不妥之处(至少写出两处)：实验六-验证机械能守恒定律课件答案(1)①使用的是直流电源②重物离打点计时器太远(2)2.2

(3)大于(4)0.031解析(1)打点计时器使用交流电；为充分利用纸带，释放时重物应靠近打点计时器；手应提着纸带上方，减小纸带与限位孔的摩擦。答案(1)①使用的是直流电源②重物离打点计时器太远(2实验拓展创新命题角度实验装置的创新【例3】

某同学利用如图6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个光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连。图6实验拓展创新命题角度实验装置的创新【例3】某同学利用如图6(1)实验时要调整气垫导轨使气垫导轨水平。不挂钩码和细线，接通气源，轻推滑块，使滑块从导轨右端向左端运动，如果滑块__________________，则表示气垫导轨已调整至水平状态。(2)不挂钩码和细线，接通气源，滑块从导轨右端向左端运动的过程中，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间。实施下列措施能够达到实验目标的是__________。A.调节P使轨道左端升高一些

B.调节Q使轨道右端降低一些C.遮光条的宽度应适当大一些(1)实验时要调整气垫导轨使气垫导轨水平。不挂钩码和细线，接D.滑块的质量增大一些E.气源的供气量增大一些(3)实验时，测出光电门1、2间的距离L，遮光条的宽度d，滑块和遮光条的总质量M，钩码质量m。由数字计时器读出遮光条通过光电门1、2的时间t1、t2，则系统机械能守恒成立的表达式是_______________________________________。D.滑块的质量增大一些解析(1)实验时要调整气垫导轨使气垫导轨水平。不挂钩码和细线，接通气源，轻推滑块使滑块从导轨右端向左端运动，如果滑块经两个光电门的时间相等，则表示气垫导轨调整至水平状态。(2)不挂钩码和细线，接通气源，滑块从导轨右端向左端运动的过程中，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间。说明滑块做加速运动，也就是左端低，右端高。所以能够达到实验目的的措施是调节P使轨道左端升高一些或调节Q使轨道右端降低一些。故选项A、B正确。解析(1)实验时要调整气垫导轨使气垫导轨水平。不挂钩码和细实验六-验证机械能守恒定律课件拓展训练3

(2019·茂名一模)某活动小组利用图7甲所示装置“验证机械能守恒定律”。钢球自由下落过程中，先后通过光电门A、B，计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h，当地的重力加速度为g。图7拓展训练3(2019·茂名一模)某活动小组利用图7甲所示装实验六-验证机械能守恒定律课件(3)钢球通过光电门的平均速度________(选填“＞”或“＜”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。答案(1)0.950

(2)D

(3)＜(3)钢球通过光电门的平均速度________(选填“＞”或命题角度实验方案的创新【例4】

利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图8甲所示，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和一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，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，实验时滑块在A处由静止开始运动。命题角度实验方案的创新【例4】利用气垫导轨“验证机械能守恒图8(1)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒。(用题中字母表示)图8(2)在上述实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2－d图象如图乙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________m/s2。(2)在上述实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2－d拓展训练4

某实验小组利用如图9所示的装置“验证机械能守恒定律”，实验主要步骤如下：图9①将光电门安放在固定于水平地面