實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)原理在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的_和_互相轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能守恒，若物體某時(shí)刻速度為圖 S6-1重力勢(shì)能動(dòng)能故只需借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，通過紙帶測(cè)出重物某時(shí)刻的_和該時(shí)刻的_，即可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒.實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(帶鐵夾)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，重錘(帶紙帶夾子)，紙帶幾條，復(fù)寫紙片，導(dǎo)線，刻度尺，學(xué)生電源.下落高度 h瞬時(shí)速度 v實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)步驟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器學(xué)生電源(1)按如圖 S6-2 所示把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把_與_連接好.圖 S6-2(2)把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的_，用手豎直提起紙帶使重錘?？吭赺附近.(3)先接通電源，后釋放重錘并帶著紙帶自由下落.(4)重復(fù)幾次，得到 35 條打好點(diǎn)的紙帶.(5)在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰的一條，在起點(diǎn)標(biāo)上 O，以后各點(diǎn)依次標(biāo)上 1、2、3、4用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度 h1、h2、h3、h4.(7) 計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重力勢(shì)能的減少量_ 和動(dòng)能增加量_，并進(jìn)行比較.限位孔打點(diǎn)計(jì)時(shí)器mghn實(shí)驗(yàn)結(jié)論做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能守恒或僅在重力作用下物體機(jī)械能守恒.【基礎(chǔ)檢測(cè)】實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)重錘減少的重力勢(shì)能總是大于重錘增加的動(dòng)能，造成這種現(xiàn)象的主要原因是()A.選用的重錘質(zhì)量過大B.選用的重錘質(zhì)量過小C.空氣對(duì)重錘的阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力影響過大D.實(shí)驗(yàn)操作不細(xì)致，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確答案：C考點(diǎn) 1 實(shí)驗(yàn)原理和操作 重點(diǎn)歸納1.實(shí)驗(yàn)原理的理解：三種驗(yàn)證方案(1)利用起始點(diǎn)和第 n 點(diǎn)計(jì)算.測(cè)出第 n 點(diǎn)到起始點(diǎn)的距離 hn，算出ghn.2.實(shí)驗(yàn)操作步驟安裝穿紙帶打紙帶處理數(shù)據(jù).(1)實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝，兩紙帶限位孔必須在同一豎直線上，以減小摩擦阻力.(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作正常穩(wěn)定后再釋放紙帶，讓重錘下落.(3)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須接低壓交流電源.(4)重錘的選擇應(yīng)是質(zhì)量較大，從而使重力遠(yuǎn)大于下落過程中所受的阻力，實(shí)現(xiàn)減小實(shí)驗(yàn)誤差的目的.(7)實(shí)驗(yàn)中，只要驗(yàn)證gh是否等于 即可，不用測(cè)量重錘的(5)選用紙帶時(shí)盡量挑選第 1、2 點(diǎn)間距離接近 2 mm 的紙帶.(6)測(cè)量下落高度時(shí)，都必須從起始點(diǎn)算起.只進(jìn)行一次零刻度對(duì)齊，讀出各點(diǎn)高度，減小測(cè)量的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)較遠(yuǎn)，但紙帶也不宜過長(zhǎng)，有效長(zhǎng)度可在 6080 cm 內(nèi).v22質(zhì)量. 典例剖析例 1：關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，下面列出一些實(shí)驗(yàn)步驟：A.用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量B.將重物系在夾子上C.將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，上端用手提著，下端夾在系有重物的夾子上，再把紙帶向上拉，讓夾子靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處D.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在學(xué)生電源的交流輸出端，把輸出電壓調(diào)至 6 V(電源暫不接通)E.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺(tái)上，使兩個(gè)限位孔在同一豎直線上F.在紙帶上選取幾個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)G.用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間H.接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后釋放紙帶I.切斷電源J.更換紙帶，重新進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)K.在三條紙帶中選出較好的一條L.進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告M.拆下導(dǎo)線，整理器材確步驟的合理順序是_.(填代表的字母)思維點(diǎn)撥：熟悉實(shí)驗(yàn)的操作步驟及每一步操作的作用. 可知，質(zhì)量 m 可以約去，故可不用測(cè)量質(zhì)量；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器本來就是計(jì)時(shí)儀器，故不用秒表計(jì)時(shí).答案：AGEDBCHIJKFLM【考點(diǎn)練透】1.(2015 年廣西南寧模擬)用如圖 S6-3 甲所示的裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”.甲乙圖 S6-3(1)下列物理量需要測(cè)量的是_，通過計(jì)算得到的是_.(填正確答案對(duì)應(yīng)的字母).A.重錘質(zhì)量B.重力加速度C.重錘下落的高度D.與下落高度對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度(2)設(shè)重錘質(zhì)量為 m、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為 T、重力加速度為 g.如圖乙所示是實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，A、B、C、D、E為相鄰的連續(xù)點(diǎn).根據(jù)測(cè)得的 s1、s2、s3、s4 寫出重錘由 B 點(diǎn)到 D點(diǎn)勢(shì)能減少量的表達(dá)式：_，動(dòng)能增加量的表達(dá)式：_.解析：(1)實(shí)驗(yàn)中需要直接測(cè)量的是重錘下落的高度，通過計(jì)算得到的是與下落高度相對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度.(2)重錘重力勢(shì)能的減少量為 mg(s3s1)，考點(diǎn) 2 紙帶數(shù)據(jù)的處理和誤差分析 重點(diǎn)歸納1.誤差分析(1)測(cè)量誤差：減小測(cè)量誤差的方法，一是測(cè)下落距離時(shí)都從 0 點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)下落高度測(cè)量完，二是多測(cè)幾次取平均值.(2)系統(tǒng)誤差：因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(如空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶間的摩擦力)做功，故動(dòng)能的增加量Ek稍小于重力勢(shì)能的減少量Ep，即EkEk 說明有部分重力勢(shì)能轉(zhuǎn)變成了其他形式的能，是因?yàn)橄侣溥^程中存在摩擦阻力和空氣阻力的影響.答案：(1)D(2)左0.98下落過程中存在摩擦阻力和空氣阻力的影響【考點(diǎn)練透】2.(2016 年新課標(biāo)全國卷)某同學(xué)用如圖 S6-5 甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)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乙所示.甲乙圖 S6-5該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒有記錄交流電的頻率 f，需要用實(shí)驗(yàn)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 和圖乙中給出的物理量可以寫出：在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出 B 點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為_，打出 C 點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為_，重物下落的加速度大小為_.(2)已測(cè)得 s18.89 cm，s29.50 cm，s3 10.10 cm；當(dāng)重力加速度大小為 9.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)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.(2)重物下落的過程中，由牛頓第二定律可得mgF 阻ma由已知條件 F 阻0.01mg由得 a0.99g考點(diǎn) 3 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新 重點(diǎn)歸納1.實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)由系統(tǒng)動(dòng)能、重力勢(shì)能的變化驗(yàn)證機(jī)械能守恒，所用實(shí)驗(yàn)器材：光電門、氣墊導(dǎo)軌.通過小球自由落體運(yùn)動(dòng)的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒.2.實(shí)驗(yàn)原理的遷移由單一物體的機(jī)械能守恒遷移至多物體機(jī)械能守恒的驗(yàn)證. 典例剖析例 3：某同學(xué)利用如圖 S6-6 所示的裝置來驗(yàn)證由小車與鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.圖 S6-6(1)現(xiàn)提供如下器材：A.小車B.鉤碼C.一端帶滑輪的長(zhǎng)木板D.細(xì)繩E.電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器F.紙帶G.毫米刻度尺H.游標(biāo)卡尺I.低壓交流電源 J.220 V 交流電源需要的器材是_.(2)為盡可能消除摩擦力對(duì)本實(shí)驗(yàn)的影響，使驗(yàn)證結(jié)果盡可能準(zhǔn)確，則小車質(zhì)量 M 和鉤碼質(zhì)量 m 的關(guān)系應(yīng)該滿足_.(3)小明和小軍同學(xué)在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明認(rèn)為只要采用平衡摩擦力的方法將摩擦力平衡掉就可以了，無須滿足(2)問中小車質(zhì)量 M 和鉤碼質(zhì)量m 的關(guān)系，而小軍卻否認(rèn)小明的看法，你認(rèn)為小明的看法_(填“正確”或“不正確”)，理由是：_.(4)兩位同學(xué)統(tǒng)一觀點(diǎn)后完成實(shí)驗(yàn)，得到一條紙帶，去掉前面比較密集的點(diǎn)，選擇點(diǎn)跡清晰且便于測(cè)量的連續(xù) 7 個(gè)點(diǎn)(標(biāo)號(hào)為 06)，測(cè)出相關(guān)距離如圖 S6-7 所示，要驗(yàn)證在第 2 點(diǎn)與第5 點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械能相等，則應(yīng)滿足關(guān)系式_(設(shè)小車質(zhì)量 M，鉤碼質(zhì)量 m，打點(diǎn)周期為 T).圖 S6-7解析：(1)實(shí)驗(yàn)不需要游標(biāo)卡尺，距離由刻度尺測(cè)量，電火花計(jì)時(shí)器直接使用 220 V 交流電源，不需要低壓交流電源，不需要的器材是 H、I.還需要天平測(cè)量鉤碼和小車的質(zhì)量.(2)為盡可能消除摩擦力對(duì)本實(shí)驗(yàn)的影響，使驗(yàn)證結(jié)果盡可能準(zhǔn)確，則小車質(zhì)量 M 和鉤碼質(zhì)量 m 的關(guān)系應(yīng)該滿足 Mm，這樣能使摩擦力做的功相對(duì)少些，以減小機(jī)械能的損失.(3)小明的看法不正確，因?yàn)槠胶饽Σ亮?，摩擦力還做負(fù)功，系統(tǒng)機(jī)械能不守恒.(4)利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：從第 2 點(diǎn)到第 5 點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)能增加從第 2 點(diǎn)到第 5 點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)的重力勢(shì)能減小量為mg(d5d2)答案：(1)H，I 天平 (2)Mm(3)不正確因?yàn)槠胶饽Σ亮?，摩擦力還做負(fù)功，系統(tǒng)機(jī)械能不守恒【考點(diǎn)練透】3.如圖 S6-8 甲所示是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn).小圓柱由一根不可伸長(zhǎng)的輕繩拴住，輕繩另一端固定.將輕繩拉至水平后由靜止釋放.在最低點(diǎn)附近放置一組光電門，測(cè)出小圓柱運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的擋光時(shí)間為t，再用游標(biāo)卡尺測(cè)出小圓柱的直徑 d，如圖乙所示，重力加速度為 g.則甲乙圖 S6-8(1)小圓柱的直徑 d_ cm.(2)測(cè)出懸點(diǎn)到圓柱重心的距離為 l，若等式 gl_成立，說明小圓柱下擺過程機(jī)械能守恒.(3)若在懸點(diǎn) O 安裝一個(gè)拉力傳感器，測(cè)出繩子上的拉力 F，則要驗(yàn)證小圓柱在最低點(diǎn)的向心力公式還需要測(cè)量的物理量是_(用文字和字母表示)，若等式 F_成