实验：验证机械能守恒

1、实验：验证机械能守恒定律,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

2、算.,教材原型实验 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50 hz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

3、验证机械能守恒定律的选项有_,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

4、a、b、c，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

5、恒请你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遮光条

6、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)用螺旋测微器测小球的

7、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”),随堂训练即时巩固 1(2016四川卷，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垫导轨上，左端固定，右端在o点；在o点右侧的b、c位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连先用米尺测得b、c两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位

8、置a，静止释放，计时器显示遮光片从b到c所用的时间t，用米尺测量a、o之间的距离x.,(1)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_ a弹簧原长 b当地重力加速度 c滑块(含遮光片)的质量 (3)增大a、o之间的距离x，计时器显示时间t将_ a增大b减小c不变,2为了“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m的小车来进行实验，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h，在导轨上的两点处分别安装光电门a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a、b光电门时，车上挡光片的挡光时间t1、t2，用游标卡尺测得挡光

9、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_ (2)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必须测出的物理量的符号表示),3(2018河北衡水中学期末)在用“落体法”做“验证机械能守恒定律”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o为起点，从a点开始选取纸带上连续点a、b、c、，测出o到a、b、c、的距离分别为h1、h2、h3、，电源的频率为f.,(1)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 b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 d重锤下落时手始终提住纸

10、带上端，保持纸带竖直 (2)小明通过实验测得数据(有阻力的影响)，画出的v2h图象如图乙所示已知直线斜率为k，则当地重力加速度g_k/2(填“”“”或“”),(3)另有四位同学在图乙的基础上，画出没有阻力时的v2h图线，并与其比较，其中正确的是_,d,d,3.04,gh2,a,10.0,x,7.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律.频闪仪每隔0.05s闪光一次，图丙中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m=0.2kg，结果保留三位有效数字)： 由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5=_m/s从t2到t5时间内，重力势能增量ep=_j， 动能减少量ek=_j.在误差允许的范围内，若ep与ek近似相等，从而验证了机械能守恒定律.由上述计算得ep_ek(选填“”“”或“=”)，造成这种结果的主要原因是_,等于,等于,守恒,小于,9.探究小组利用传感器研究小球在摆动过程中的机械能守恒规律，实验装置如图所示.在悬点处装有拉力传感器，可记录小球在摆动过程中各时刻的拉力值. 实验过程如下：(1)测量_ ；(物理量、符号) (2)将小球拉离平衡位置某一高度h处无初速度释放，在传感器采集的数据中提取最大值为f，小球摆到最低点时的动能表达式为_ (用上面给定物理量的符号表示)；(3)改变高