實(shí)驗06驗證機(jī)械能守恒定律(對應(yīng)學(xué)生用書P102)一、實(shí)驗?zāi)康尿炞C機(jī)械能守恒定律二、實(shí)驗原理通過實(shí)驗，求出做自由落體運(yùn)動物體的重力勢能的減少量和相應(yīng)過程動能的增加量，若二者相等，說明機(jī)械能守恒，從而驗證機(jī)械能守恒定律三、實(shí)驗器材打點(diǎn)計時器、電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(附夾子)、導(dǎo)線兩根四、實(shí)驗步驟1安裝儀器2將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過打點(diǎn)計時器限位孔3用手提著紙帶，讓重物靠近打點(diǎn)計時器并處于靜止?fàn)顟B(tài)下，然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由落下，紙帶上打下一系列小點(diǎn)4從幾條打下點(diǎn)的紙帶中挑選出點(diǎn)跡清楚的紙帶進(jìn)行測量5在起始點(diǎn)標(biāo)上0，在以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3，用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1、h2、h3(2018·重慶市一中月考)(1)關(guān)于“驗證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗中，以下說法中正確的是_A實(shí)驗時需要稱出重物的質(zhì)量B實(shí)驗中摩擦是不可避免的，因此紙帶越短越好，因為紙帶越短，克服摩擦做的功就少，誤差就小C紙帶上打下的第1、2點(diǎn)間距超過2 mm，則無論怎樣處理數(shù)據(jù)，實(shí)驗誤差都會很大D實(shí)驗處理數(shù)據(jù)時，可直接利用打下的實(shí)際點(diǎn)跡，而不必采用“計數(shù)點(diǎn)”的方法(2)若正確的操作完成實(shí)驗，正確的選出紙帶進(jìn)行測量，量得連續(xù)三點(diǎn)A、B、C到第一個點(diǎn)O的距離如下圖所示(相鄰計數(shù)點(diǎn)時間間隔為0.02 s)，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?.8 m/s2，那么(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)紙帶的_端與重物相連打下計數(shù)點(diǎn)B時，重物的速度vB_m/s在從起點(diǎn)O到打下計數(shù)點(diǎn)B的過程中，測得重物重力勢能的減少量Ep略大于動能的增加量Ek，這是因為_.解析：(1)A實(shí)驗時動能的增加量與重力勢能的減少量，均含有質(zhì)量，因此不需稱出重物的質(zhì)量，故A錯誤；B實(shí)驗中摩擦是不可避免的，因此紙帶短點(diǎn)好，因為紙帶越短，克服摩擦力做的功就越少，但要通過測量長度來求出變化的高度與瞬時速度，因此太短導(dǎo)致誤差就越大，故B錯誤；C若紙帶上第1、2兩點(diǎn)間距大于2 mm，可在后面選取兩個點(diǎn)用表達(dá)式mg·hmvmv依然可以來驗證機(jī)械能守恒定律，故C錯誤；D處理打點(diǎn)的紙帶時，可以直接利用打點(diǎn)計時器打出的實(shí)際點(diǎn)跡，而不必采用“計數(shù)點(diǎn)”的方法，若采用計數(shù)點(diǎn)，會使測量長度變長，從而減小測量長度的誤差，故D正確故選D(2)重物在開始下落時速度較慢，在紙帶上打的點(diǎn)較密，越往后，物體下落得越快，紙帶上的點(diǎn)越稀，所以紙帶上靠近重物的一端的點(diǎn)較密，因此紙帶的左端與重物相連根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中間時刻的速度等于該過程的平均速度有：vBm/s0.98 m/s.Ep>Ek說明有部分重力勢能變成了其他能，是因為下落存在摩擦阻力和空氣阻力的影響答案：(1)D(2)左0.98存在阻力做功(對應(yīng)學(xué)生用書P103)一、數(shù)據(jù)處理計算速度vn方案一：利用起點(diǎn)和第n點(diǎn)：驗證ghnv方案二：任取較遠(yuǎn)兩點(diǎn)A、B：驗證ghABvv二、誤差分析1.減小測量誤差：一是測下落距離時都從0點(diǎn)量起，一次將各點(diǎn)對應(yīng)下落高度測量完，二是多測幾次取平均值2誤差由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功故動能的增加量Ekmv必定稍小于重力勢能的減少量Epmghn，改進(jìn)辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力三、注意事項1.打點(diǎn)計時器要豎直：安裝打點(diǎn)計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減少摩擦阻力2重物密度要大：重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料3一先一后：應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落測長度，算速度：某時刻的瞬時速度的計算應(yīng)用vn，不能用vn或vngt來計算(2016·全國新課標(biāo)卷)某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz.打出紙帶的一部分如圖(b)所示圖(a)圖(b)該同學(xué)在實(shí)驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推算(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出：在打點(diǎn)計時器打出B點(diǎn)時，重物下落的速度大小為_，打出C點(diǎn)時重物下落的速度大小為_，重物下落的加速度大小為_.(2)已測得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當(dāng)重力加速度大小為9.80 m/s2，實(shí)驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1 %.由此推算出f為_Hz.解析：(1)打B點(diǎn)時，重物下落的速度等于AC段的平均速度，所以vB；同理，打出C點(diǎn)時，重物下落的速度vC；加速度a.(2)由牛頓第二定律得：mgkmgma，解得：f ，代入數(shù)值解得：f40 Hz.答案：(1)(s1s2)f(s2s3)f(s3s1)f2(2)40(對應(yīng)學(xué)生用書P103)視角1實(shí)驗器材、裝置的改進(jìn)視角2速度測量方法的改進(jìn)由光電門計算速度測量紙帶上各點(diǎn)速度視角3實(shí)驗方案的改進(jìn)利用自由落體運(yùn)動的閃光照片驗證機(jī)械能守恒定律 (2016·江蘇卷)某同學(xué)用如圖所示的裝置驗證機(jī)械能守恒定律一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點(diǎn)，光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v作為鋼球經(jīng)過A點(diǎn)時的速度記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之間的勢能變化大小Ep與動能變化大小Ek，就能驗證機(jī)械能是否守恒(1)Epmgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到_之間的豎直距離A鋼球在A點(diǎn)時的頂端B鋼球在A點(diǎn)時的球心C鋼球在A點(diǎn)時的底端(2)用Ekmv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為_cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.010 0 s，則鋼球的速度為v_m/s.(3)下表為該同學(xué)的實(shí)驗結(jié)果：Ep(×102 J)4.8929.78614.6919.5929.38Ek(×102 J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的Ep與Ek之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的你是否同意他的觀點(diǎn)？請說明理由(4)請你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議解析：(1)鋼球下落高度h，應(yīng)測量釋放時鋼球心到鋼球在A點(diǎn)時的球心之間的豎直距離，故選B(2)遮光條的寬度d1.50 cm，鋼球的速度v1.50 m/s(3)不同意，因為空氣阻力會造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep.(4)分別測出光電門和球心到懸點(diǎn)的長度L和l，計算Ek時，將v折算成鋼球的速度vv.答案：(1)B(2)1.501.50(3)不同意理由見解析(4)見解析5