第5講實驗六驗證機械能守恒定律第一頁，編輯于星期五：三點二十八分。驗證機械能守恒定律．第二頁，編輯于星期五：三點二十八分。1．在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能互相轉化，但總的機械能保持不變．假設物體某時刻瞬時速度為v，下落高度為h，那么重力勢能的減少量為mgh，動能的增加量為mv2，看它們在實驗誤差允許的范圍內是否相等，假設相等那么驗證了機械能守恒定律．第三頁，編輯于星期五：三點二十八分。第四頁，編輯于星期五：三點二十八分。鐵架臺(含鐵夾)，打點計時器，學生電源，紙帶，復寫紙，導線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾)．第五頁，編輯于星期五：三點二十八分。1．按右圖所示將檢查、調整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路．2．打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方．先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落．更換紙帶重復做3～5次實驗．第六頁，編輯于星期五：三點二十八分。3．選紙帶：分兩種情況說明(1)應選點跡清晰，且1、2兩點間距離小于或接近2mm的紙帶．假設1、2兩點間的距離大于2mm，這是由于先釋放紙帶，后接通電源造成的．這樣，第1個點就不是運動的起始點了，這樣的紙帶不能選．相對性，處理紙帶時，選擇適當的點為基準點，這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否為2mm就無關緊要了，所以只要后面的點跡清晰就可選用．第七頁，編輯于星期五：三點二十八分。4．數據處理：在起始點標上0，在以后各點依次標上1、2、3……用刻度尺測出對應下落高度h1、h2、h3……利用公式vn＝ 計算出點1、點2、點3……的瞬時速度v1、v2、v3……第八頁，編輯于星期五：三點二十八分。第九頁，編輯于星期五：三點二十八分。第十頁，編輯于星期五：三點二十八分。1．安裝打點計時器時要豎直架穩，使其兩限位孔在同一豎直平面內以減少摩擦阻力．2．重物應選用質量大、體積小、密度大的材料．3．應先接通電源，讓打點計時器正常工作后，再松開紙帶讓重物下落．4．紙帶長度應選用60cm左右為宜，應選用點跡清晰的紙帶進行測量．第十一頁，編輯于星期五：三點二十八分。第十二頁，編輯于星期五：三點二十八分。

關于驗證機械能守恒定律實驗，下面列出一些實驗步驟：A．用天平稱出重物和夾子的質量B．將重物系在夾子上C．將紙帶穿過打點計時器，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，讓夾子靜止靠近打點計時器處第十三頁，編輯于星期五：三點二十八分。D．把打點計時器接在學生電源的交流輸出端，把輸出電壓調至6V(電源暫不接通)E．把打點計時器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直線上F．在紙帶上選取幾個點，進行測量并記錄數據G．用秒表測出重物下落時間H．接通電源，待打點計時器工作穩定后釋放紙帶I．切斷電源J．更換紙帶，重新進行兩次實驗第十四頁，編輯于星期五：三點二十八分。K．在三條紙帶中，選出較好的一條L．進行計算，得出結論，完成實驗報告M．拆下導線，整理器材對于本實驗以上步驟中，不必要的有________；正確步驟的合理順序是________(填寫代表字母)．【解析】根據實驗原理和操作步驟可知不必要的有A、G；正確步驟的合理順序是E、D、B、C、H、I、J、K、F、L、M.【答案】

AG

EDBCHIJKFLM第十五頁，編輯于星期五：三點二十八分。 某實驗小組利用如以以以下圖甲所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統機械能守恒．第十六頁，編輯于星期五：三點二十八分。(1)實驗前需要調整氣墊導軌底座使之水平，利用現有器材如何判斷導軌是否水平？________________________________________________________________________.第十七頁，編輯于星期五：三點二十八分。(2)如圖乙所示(經放大后的)，游標卡尺測得遮光條的寬度d＝________cm；實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt＝1.2×10－2s，那么滑塊經過光電門時的瞬時速度為________m/s.在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質量m、________和________(文字說明并用相應的字母表示)．第十八頁，編輯于星期五：三點二十八分。(3)本實驗通過比較________和________在實驗誤差允許的范圍內是否相等(用測量的物理量符號表示)，從而驗證系統的機械能守恒．第十九頁，編輯于星期五：三點二十八分。第二十頁，編輯于星期五：三點二十八分?！敬鸢浮?1)接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導軌上，假設滑塊根本保持靜止，那么說明導軌是水平的(或取下鉤碼，輕推滑塊，滑塊根本能做勻速直線運動)(2)0.520.43滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離x滑塊的質量M

第二十一頁，編輯于星期五：三點二十八分。1．利用重錘下落驗證機械能守恒定律的實驗中，下面表達正確的選項是 ()A．應該用天平稱出物體的質量B．應該選用點跡清晰，特別是第一點沒有拉成長條的紙帶C．操作時應在接通電源的同時放開紙帶D．打點計時器應接在電壓為4～6V的直流電源上【答案】B第二十二頁，編輯于星期五：三點二十八分。2．某位同學做“驗證機械能守恒定律〞的實驗，以下操作步驟中錯誤的選項是 ()A．把打點計時器固定在鐵架臺上，用導線連接到低壓交流電源B．將連有重錘的紙帶穿過限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度C．先釋放紙帶，再接通電源D．更換紙帶，重復實驗，根據記錄處理數據【解析】使用打點計時器的實驗均需先通電且打點穩定時才能松紙帶．【答案】C第二十三頁，編輯于星期五：三點二十八分。3．在“驗證機械能守恒定律〞的實驗中(1)從以下器材中選出實驗所必須的，其編號為________．A．打點計時器(包括紙帶) B．重物C．天平 D．毫米刻度尺E．秒表 F．運動小車(2)打點計時器的安裝放置要求為________；開始打點計時的時候，應先________，然后____________．第二十四頁，編輯于星期五：三點二十八分。(3)實驗中產生系統誤差的原因主要是______________，使重物獲得的動能往往______________．為減小誤差，懸掛在紙帶下的重物應選擇____________．(4)如果以為縱軸，以h為橫軸，根據實驗數據繪出的－h圖線是______________________，該線的斜率等于__________________．第二十五頁，編輯于星期五：三點二十八分?！窘馕觥?/p>

(1)選出的器材有：打點計時器(包括紙帶)，重物，毫米刻度尺，編號分別為：A、B、D.注意因mgh＝mv2，而m可約去，不需要用天平．(2)打點計時器安裝時，底板要豎直，這樣才能使重物在自由落下時受到的阻力較小，開始記錄時，應先給打點計時器通電打點，然后再放下重物，讓它帶著紙帶一同落下．(3)產生系統誤差的主要原因是紙帶通過打點計時器時的摩擦阻力，使得重物獲得的動能小于它所減少的重力勢能．為減小誤差，重物的質量應選大一些的．第二十六頁，編輯于星期五：三點二十八分。(4)描繪出來的 －h圖線是一條通過坐標原點的傾斜直線，它的斜率即為重力加速度．【答案】

(1)ABD

(2)底板要豎直接通電源釋放重物(3)紙帶所受的摩擦力小于重力勢能的減小量質量大的(4)通過坐標原點的傾斜直線重力加速度第二十七頁，編輯于星期五：三點二十八分。4．如以以下圖，兩個質量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，m1>m2.現要利用此裝置驗證機械能守恒定律．第二十八頁，編輯于星期五：三點二十八分。(1)假設選定物塊A從靜止開始下落的過程進行測量，那么需要測量的物理量有________．(在橫線上填入選項前的編號)①物塊的質量m1、m2；②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間；③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間；④繩子的長度．第二十九頁，編輯于星期五：三點二十八分。(2)為提高實驗結果的準確程度，某小組同學對此實驗提出以下建議：①繩的質量要輕；②在“輕質繩〞的前提下，繩子越長越好；③盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖晃；④兩個物塊的質量之差要盡可能小．以上建議中確實對提高準確程度有作用的是________．(在橫線上填入選項前的編號)(3)寫出一條上面沒有提到的對提高實驗結果準確程度有益的建議：____________________.第三十頁，編輯于星期五：三點二十八分?！窘馕觥?1)通過連結在一起的A、B兩物體驗證機械能守恒定律．即驗證系統的勢能變化與動能變化是否相等，A、B連結在一起，A下降的距離一定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的，故②、③只測其中之一即可，不需要測量繩子的長度．(2)如果繩子質量不能忽略，那么A、B組成的系統勢能將有一局部轉化為繩子的動能，從而為驗證機械能守恒定律帶來誤差；假設物塊搖擺，那么兩物塊的速度有差異，為計算系統的動能帶來誤差；兩個物塊質量差較大時，摩擦阻力對實驗測量所帶來的誤差影響就會越小，故無需減小兩物塊的質量差．第三十一頁，編輯于星期五：三點二十八分?！敬鸢浮?1)①②或①③(2)①③(3)例如：“對同一高度進行屢次測量取平均值〞；“選取受力后相對伸長盡量小的繩〞；等等．第三十二頁，編輯于星期五：三點二十八分。5．光電計時器是物理實驗中經常用到的一種精密計時儀器，它由光電門和計時器兩局部組成，光電門的一臂的內側附有發光裝置(發射激光的裝置是激光二極管，發出的光束很細)，如以以以下圖中的A和A′，另一臂的內側附有接收激光的裝置，如圖中的B和B′，當物體在它們之間通過時，二極管發出的激光被物體擋住，接收裝置不能接收到激光信號，同時計時器就開始計時，直到擋光結束光電計時器停止計時，故此裝置能精確地記錄物體通過光電門所用的時間．現有一小球從兩光電門的正上方開始自由下落，如以以以下圖所示，第三十三頁，編輯于星期五：三點二十八分。(1)假設要用這套裝置來驗證機械能守恒定律，那么要測量的物理量有________(每個物理量均用文字和字母表示，如高度H)(2)驗證機械能守恒定律的關系式為________．第三十四頁，編輯于星期五：三點二十八分。第三十五頁，編輯于星期五：三點二十八分。【答案】

(1)小球直徑D、兩光電門間的豎直高度H、小球通過上下兩光電門的時間Δt1、Δt2第三十六頁，編輯于星期五：三點二十八分。6．一個同學要研究輕質彈簧的彈性勢能與彈簧長度改變量的關系，進行了如下實驗：在離地面高度為h的光滑水平桌面上，沿著與桌子邊緣垂直的方向放置一輕質彈簧，其左端固定，右端與質量為m的一個小鋼球接觸．當彈簧處于自然長度時，小鋼球恰好在桌子邊緣，如上圖所示．讓鋼球向左壓縮彈簧一段距離后由靜止釋放，使鋼球沿水平方向射出桌面，小鋼球在空中飛行后落在水平地面上，水平距離為x0.第三十七頁，編輯于星期五：三點二十八分。(1)小鋼球離開桌面時的速度大小為v＝________，彈簧的彈性勢能Ep與小鋼球質量m、桌面離地面高度h、小鋼球飛行的水平距離x0等物理量之間的關系式為Ep＝________.(2)彈簧的壓縮量x與對應的鋼球在空中飛行的水平距離x0的實驗數據如下表所示：第三十八頁，編輯于星期五：三點二十八分。彈簧的壓