江苏省常州市西夏墅中学高三物理“机械能”第8课时 (实验、探究)验证机械能守恒定律.docVIP

江苏省常州市西夏墅中学高三物理“机械能”第8课时 (实验、探究)验证机械能守恒定律【基础知识梳理】一、实验目的：利用_运动验证只有重力作用下的物体的机械能守恒。二、实验原理：1、若某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能减少量为_，动能的增加量为_，借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，看它们在实验_允许范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律， 实验装置如图所示。2、计算第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点的相邻前、后两段相等时间t内下落的距离s n和s n+1，由公式v n=_或_ 三、实验器材：铁架台（带铁夹），_，学生电源，导线，带铁夹的重锤，纸带，_。四、实验步骤： 1安装置：按如图装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。2打纸带：把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔；竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近，先接通电源，后松开纸带，让重锤带着纸带自由下落；重复几次，得到35条打好点的纸带。3.选纸带：分两种情况说明 （1）用验证时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近_的纸带，若1、2两点间距离大于它，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的，这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。（2）用验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为_就无关紧要，只要后面的点迹清晰就可选用。4、求速度（见原理） 5、验守恒【典型例题】例1、（ 2010南通模拟）用如原理图所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 v的交流电和直流电两种.重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律.（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：a按照图示的装置安装器件； b将打点计时器接到电源的“直流输出”上；c用天平测出重锤的质量； d释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带； e测量纸带上某些点间的距离； f根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能. 其中没有必要进行的或者操作不当的步骤，将其前的字母填在下面的空行内，并说明其原因. 答：_（2）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，实验小组a不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了,剩下的一部分纸带上各点间的距离如下左图所示的数值。纸带上_端（“左”或“右”）与重物相连。已知打点计时器的周期为t=0.02s,重力加速度g=9.8 m/s2;重锤的质量为m,已知s1=0.98cm, s2=1.42cm, s3=1.78cm,则记录b点时重锤的动能ekb= j(写计算式用字母表示),记录c点时重锤的动能ekc=0.32m j;重锤从b点到c点重力势能变化量是 j,动能变化量是 j.从而可以得出结论： . （3）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值.如图实四-4所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点a、b、c、d、e，测出a距起始点o的距离为x0，点ac间的距离为x1，点ce间的距离为x2，使用交流电的频率为f，根据这些条件计算重锤下落的加速度a_ .（4）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测阻力的大小.若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需要测量的物理量是_.试用这些物理量和纸带上的数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小f_.例2、（实验创新）某同学利用如图实四-6所示的实验装置验证机械能守恒定律.弧形轨道末端水平，离地面的高度为h.将钢球从轨道的不同高度h处由静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为x.（1）若轨道完全光滑，x2与h的理论关系应满足x2=_.（用h、h表示）（2）该同学经实验测量得到一组数据.如表所示：请在图实四-7所示的坐标纸上作出x2-h关系图.（3）对比实验结果与理论计算得到的x2-h关系图线（图中已画出）.自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率_（选填“小于”或“大于”）理论值.（4）造成上述偏差的可能原因是_【课后巩固】1、在利用重锤和打点计时器做“验证机械能守恒定律”的实验中，下列各项描述正确的有a.必须选用第1、2两点相距约2 mm的纸带，才能完成该验证实验b.需要测量的数据是纸带上起点o到各个计数点的高度c.必须要测量重锤的质量d.必须测量重锤下落的时间 e.需要把打点计时器两限位孔尽量调到同一竖直线上f.利用纸带测量出o点到各计数点重力势能的减小，总是略大于测算出的动能的增加，属于系统误差 2、在用“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，质量m=1.00kg的重物拖着纸带竖直下落，打点计时器在纸带上打下一系列的点，如图， 相邻计数点时间间隔为0.04s，p为纸带运动的起点，从打p到打下b过程中物体重力势能的ep= j，在此过程中物体动能的增加量ek= j（已知当地的重力加速度g=9.8 m/s2，答案保留三位有效数字）。用v表示各计数点的速度，h表示各计数点到p点的距离，以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的v2/2- h图线，若斜率等于某个物理量的数值时，说明重物下落过程中机械能守恒，该物理量是 。3、光电计时器是物理实验中经常用到的一种精密计时仪器，它由光电门和计时器两部分组成，光电门的一臂的内侧附有发光装置（发射激光的装置是激光二极管，发出的光束很细），如图实四-5中的a和a，另一臂的内侧附有接收激光的装置，如图中的b和b，当物体在它们之间通过时，二极管发出的激光被物体挡住，接收装置不能接收到激光信号，同时计时器就开始计时，直到挡光结束光电计时器停止计时，故此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间.现有一小球从两光电门的正上方开始自由下落，如图所示.（1）若要用这套装置来验证机械能守恒定律，则要测量的物理量有_（每个物理量均用文字和字母表示，如高度h）（2）验证机械能守恒定律的关系式为_ .4、某同学在应用打点计时器做“验证机械能守恒定律”实验中，获取了一条纸带如图实四-9所示，但测量发现0、1两点间距离远大于2 mm，且0、1和1、2间有点漏打或没有显示出来，而其他点都是清晰完整的，现在该同学用刻度尺分别量出2、3、4、5、6、7六个点到0点的长度hi(i=2，3，7)，再分别计算得到3、4、5、6四个点的速度vi和v2i(i=3,4,5,6),已知打点计时器打点周期为t.（1）该同学求6号点的速度计算式是v6=_.（2）该同学将计算得到的四组(hi,v2i)数据在v2-h坐标系中找到对应的坐标点，将四个点连接起来得到如图实四-10所示的直线，请你回答：接下来他是否能够判断重物下落过程机械能守恒?(说明理由)_5、在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m=1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图实四-8所示.o为第一个点，a、b、c为从合适位置开始选取连续点中的三个点.已知打点计时器每隔 0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g=9.80 m/s2，那么：(1)根据图上所