實驗六 驗證機械能守恒定律,熱點一 實驗原理及數據處理 【例1】 (2016·浙江溫州十校聯(lián)合體聯(lián)考)某同學安裝如圖1甲所示的實驗裝置，驗證機械能守恒定律。如圖乙所示是該實驗得到的一條點跡清晰的紙帶，現要取A、B兩點來驗證實驗，已知電火花計時器每隔0.02 s打一個點。,圖1,請回答下列問題： (1)電火花計時器的工作電壓是 V。 (2)根據紙帶可以判斷，實驗時紙帶的 (填“左”或“右”)端和重物相連接。 (3)若x24.80 cm，則在紙帶上打下計數點B時的速度vB m/s(計算結果保留三位有效數字)。 (4)若x1數據也已測出，則要驗證機械能守恒定律，實驗還需測出的物理量為 。 (5)經過測量計算后，某同學畫出了如圖2所示的Eh圖線，h為重物距地面的高度，則圖2中表示動能隨高度變化的曲線為 (填“圖線A”或“圖線B”)。,圖2 解析 (2)從紙帶上可以發(fā)現從左到右，相鄰的計數點的距離越來越大，說明速度越來越大，與重物相連接的紙帶先打出點，速度較小，所以實驗時紙帶的左端通過夾子和重物相連接。,(4)若x1數據已測出，則可求出在紙帶上打下計數點A時的速度，進而可求出A、B兩點動能的變化量，要驗證機械能守恒定律，則還要求出重力勢能的變化量，所以還要測出A、B之間的距離hAB。 (5)因重物在下落過程中做勻加速直線運動，所以高度越來越小，速度越來越大，動能越來越大，故圖2中表示動能隨高度變化的曲線為圖線B。 答案 (1)220 (2)左 (3)1.20 (4)A、B之間的距離或hAB (5)圖線B,【變式訓練】 1.在進行“驗證機械能守恒定律”的實驗中：,圖3 (1)兩實驗小組同學分別采用了如圖3甲和乙所示的裝置，采用兩種不同的實驗方案進行實驗。,在圖甲中，下落物體應選擇密度 (選填“大”或“小”)的重物；在圖乙中，兩個重物的質量關系是m1 m2(選填“”、“”、“”)； 采用圖乙的方案進行實驗，還需要的實驗器材有交流電源，刻度尺和 ； 比較兩種實驗方案，你認為圖 (選填“甲”或“乙”)所示實驗方案更合理，理由是_。 (2)有一同學采用了圖甲所示的方案，選出一條紙帶如圖4所示，其中O點為起始點，A、B、C為三個計數點，打點計時器通以50 Hz交流電，在計數點A和B之間、B和C之間還各有一個點，重物的質量為0.5 kg，g取9.8 m/s2。根據以上數據，打B點時重物的重力勢能比開始下落時減少了 J，這時它的動能是 J，根據上面這兩個數據你能得到的結論是： 。(結果保留三位有效數字),圖4 解析 (1)在甲圖中為了減小空氣阻力的影響，選擇體積小、密度大的重物；在圖乙中，m2在m1的拉力作用下向上運動，所以m1m2。兩重物質量不等，分析系統(tǒng)損失的重力勢能是否近似等于增加的動能時，兩邊質量不能約去，故需要天平測量兩重物的質量。題圖乙中所示實驗還受到細線與滑輪的阻力的影響，機械能損失較大，故題圖甲所示實驗方案較為合理。,答案 (1)大 天平 甲 圖乙中還受到細線與滑輪的阻力的影響 (2)0.867 0.852 在誤差允許的范圍內，重物下落時機械能守恒,熱點二 實驗的改進與創(chuàng)新 1.實驗器材、裝置的改進,3.實驗方案的改進 利用自由落體運動的閃光照片驗證機械能守恒定律。,【例2】 利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖5所示：,圖5 (1)實驗步驟。 將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導軌調至水平。 用游標卡尺測量擋光條的寬度l9.30 mm。,由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離x cm。 將滑塊移至光電門1左側某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2。 從數字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間t1和t2。 用天平稱出滑塊和擋光條的總質量M，再稱出托盤和砝碼的總質量m。 (2)用表示直接測量量的字母寫出下列所求物理量的表達式 滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1 和v2 。,當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1 和Ek2 。 在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少Ep (重力加速度為g)。 (3)如果Ep ，則可認為驗證了機械能守恒定律。 解析 由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離 x80.30 cm20.30 cm60.00 cm。,【變式訓練】 2.(2016·河北邯鄲模擬)圖6為驗證小球做自由落體運 動時機械能守恒的裝置圖。圖中O點為釋放小球的 初始位置，A、B、C、D各點為固定速度傳感器 的位置，A、B、C、D、O各點在同一豎直線上。 (1)已知當地的重力加速度為g，則要完成實驗，還 需要測量的物理量是 ；,圖6,A.小球的質量m B.小球下落到每一個速度傳感器時的速度 C.各速度傳感器與O點之間的豎直距離h D.小球自初始位置至下落到每一個速度傳感器時所用的時間t (2)作出v2h圖象，由圖象算出其斜率k，當k 時，可以認為小球在下落過程中系統(tǒng)機械能守恒； (3)寫出對減小本實驗誤差有益的一條建議：_ _。,答案 (1)BC (2)2g (3)相鄰速度傳感器之間的距離適當大些(或選質量大、體積小的小球做實驗或多測幾次求平均值),1.(2015·浙江理綜，21)甲同學準備做“驗證機械能守恒定律”實驗，乙同學準備做“探究加速度與力、質量的關系”實驗。,圖7,(1)圖7中A、B、C、D、E表示部分實驗器材，甲同學需在圖中選用的器材 ；乙同學需在圖中選用的器材 。(用字母表示),圖8 (2)某同學在實驗室選齊所需器材后，經正確操作獲得如圖8所示的兩條紙帶和。紙帶 的加速度大(填“”或“”)，其加速度大小為 。,答案 (1)AB BDE (2) (2.5±0.2) m/s2,2.“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置可以采用如圖9所示的甲或乙方案來進行。,圖9,(1)比較這兩種方案， (填“甲”或“乙”)方案好些。 (2)該同學開始實驗時情形如圖丙所示，接通電源釋放紙帶。請指出該同學在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當的地方： _； _。 (3)該實驗中得到一條紙帶，且測得每兩個計數點間的距離如圖丁所示.已知相鄰兩個計數點之間的時間間隔T0.1 s.則物體運動的加速度a ；該紙帶是采用 (填“甲”或“乙”)實驗方案得到的。,解析 (3)由xaT2，利用逐差法得到物體運動的加速度a4.8 m/s2。若用自由落體實驗測得物體運動的加速度a應該接近10 m/s2，所以該紙帶是采用乙實驗方案得到的。 答案 (1)甲 (2)打點計時器接了直流電源 重物離打點計時器太遠 (3)4.8 m/s2 乙,3.(2016·江西六校模擬)用如圖10所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。實驗所用的電源為學生電源，輸出電壓有交流電和直流電兩種。重錘從高處由靜止開始下落，打點計時器在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對圖中紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律。,圖10,(1)下列幾個操作步驟中： A.按照圖示，安裝好實驗裝置； B.將打點計時器接到電源的“交流輸出”上； C.用天平測出重錘的質量； D.先釋放重錘，后接通電源，紙帶隨著重錘運動，打點計時器在紙帶上打下一系列的點； E.測量紙帶上某些點間的距離； F.根據測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能。 沒有必要的是 ，操作錯誤的是 。(填步驟前相應的字母),(2)使用質量為m的重錘和打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，在選定的紙帶上依次取計數點如圖11所示，紙帶上所打的點記錄了重錘在不同時刻的位置，那么紙帶的 (填“左”或“右”)端與重錘相連。設打點計時器的打點周期為T，且0為打下的第一個點。當打點計時器打點“3”時，重錘的動能表達式為 ，若以重錘的運動起點0為參考點，當打點“3”時重錘的機械能表達式為 。,圖11,