機械能及其守恒定律第五章實驗六驗證機械能守恒定律欄目導航01知識梳理查漏02題點

各個擊破03配套訓練知識梳理查漏1二、實驗器材打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(帶鐵夾)、導線兩根．三、實驗步驟1．安裝實驗裝置如圖所示，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，然后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落．更換紙帶重復做3～5次實驗．五、注意事項1．應盡可能控制實驗條件，即應滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：(1)安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小摩擦阻力．(2)應選用質量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小．六、誤差分析1．系統誤差本實驗中因重錘和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量ΔEk稍小于重力勢能的減少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，這屬于系統誤差，改進的方法是調整器材的安裝，盡可能地減小阻力．2．偶然誤差本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬于偶然誤差．減小誤差的方法是測下落距離時都從O點測量，一次將各打點對應的下落高度測量完，或者多次測量取平均值．題點各個擊破2考查點1實驗操作和數據處理例1圖甲是“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置示意圖，以下列出了一些實驗步驟：命題點一教材標準實驗變形A．用天平測出重物和夾子的質量B．把打點計時器用鐵夾固定放到桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直面內C．把打點計時器接在交流電源上，電源開關處于斷開狀態D．將紙帶穿過打點計時器的限位孔，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，讓重物靠近打點計時器，處于靜止狀態E．接通電源，待打點計時器打點穩定后釋放紙帶，之后再斷開電源F．用秒表測出重物下落的時間G．更換紙帶，重新進行兩次實驗(1)對于本實驗，以上不必要的兩個步驟是________和________．圖乙為實驗中打出的一條紙帶，O為打出的第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取的三個連續點(其他點未畫出)，打點計時器每隔0.02s打一個點．若重物的質量為0.5kg，當地重力加速度取g＝9.8m/s2，由圖乙所給的數據可算出(結果保留2位有效數字)：①從O點下落到B點的過程中，重力勢能的減少量為________J.②打B點時重物的動能為________J.(2)試指出造成第(1)問中①②計算結果不相等的原因是____________________________________．【答案】(1)A

F

0.86

0.81(2)由于空氣阻力和紙帶與打點計時器間的摩擦阻力做功【解析】(1)實驗中驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，兩邊都有質量，可以約去，所以不需要測出重物和夾子的質量，故A不需要．物體下落的時間可以通過打點計時器直接得出，不需要秒表測重物下落的時間，故F不需要．故選AF.①從O點下落到B點的過程中，重力勢能的減少量ΔEp＝mgh＝0.5×9.8×0.176J≈0.86J.變式

(2021年浙江卷)在“驗證機械能守恒定律”實驗中，小王用如圖甲所示的裝置，讓重物從靜止開始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖乙所示．O點是打下的第一個點，A、B、C和D為另外4個連續打下的點．(1)為了減小實驗誤差，對體積和形狀相同的重物，實驗時選擇密度大的理由是__________________________________．(2)已知交流電頻率為50Hz，重物質量為200g，當地重力加速度g＝9.80m/s2，則從O點到C點，重物的重力勢能變化量的絕對值|ΔEp|＝__________J、C點的動能EkC＝__________J(計算結果均保留3位有效數字)．比較EkC

與|ΔEp|的大小，出現這一結果的原因可能是__________．A．工作電壓偏高B．存在空氣阻力和摩擦力C．接通電源前釋放了紙帶【答案】(1)阻力與重力之比更小(2)0.547

0.588

C考查點2實驗原理和數據處理例2如圖甲所示為驗證機械能守恒定律的實驗裝置．現有器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重物、天平．(1)為完成實驗，還需要的器材有________．A．米尺

B．0～6V直流電源C．秒表

D．0～6V交流電源(2)某同學用圖甲所示裝置打出的一條紙帶如圖乙所示，相鄰兩點之間的時間間隔為0.02s，根據紙帶計算出打下D點時重物的速度大小為______m/s.(結果保留3位有效數字)丙

創新角度1實驗設計和操作創新例3如圖甲所示，一位同學利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗．有一直徑為d、質量為m的金屬小球由A處從靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H(H?d)，光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t，當地的重力加速度為g.則：命題點二實驗創新遷移(1)如圖乙所示，用游標卡尺測得小球的直徑d＝________mm.(2)小球經過光電門B時的速度表達式為________．創新角度2光電門的創新應用例4小明同學利用如圖所示的裝置來驗證機械能守恒定律．A為裝有擋光片的鉤碼，總質量為M，擋光片的擋光寬度為b，輕繩一端與A相連，另一端跨過光滑輕質定滑輪與質量為m(m<M)的重物B相連．他的做法是：先用力拉住B，保持A、B靜止，測出A的擋光片上端到光電門的距離h；然后由靜止釋放B，A下落過程中經過光電門，光電門可測出擋光片的擋光時間t，算出擋光片經過光電門的平均速度，將其視為A下落h(h?b)時的速度，重力加速度為g.(1)在A從靜止開始下落h的過程中，驗證以A、B、地球所組成的系統機械能守恒定律的表達式為______________________(用題目所給物理量的符號表示)．(2)由于光電門所測的平均速度與物體A下落h時的瞬時速度間存在一個差值Δv，因而系統減少的重力勢能________(填“大于”或“小于”)系統增加的動能．(3)為減小上述Δv對結果的影響，小明同學想到了以下一些做法，其中可行的是______．A．保持A下落的初始位置不變，測