力学实验动能定理、机械能守恒

1、第第 页共20页第第8页共20页实验六验证机械能守恒定律实验基础梳瑁紧抓教材,落实草岫通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的-N实噌聪理）减少量和相应过程动能的增加量，若二苕相等.说明机械能守恒，从而验证机械腌守恒定律察验目的-验证机械能守恒定律T实验器材实验六验证机械能守恒定律实验基础梳瑁紧抓教材,落实草岫通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的-N实噌聪理）减少量和相应过程动能的增加量，若二苕相等.说明机械能守恒，从而验证机械腌守恒定律察验目的-验证机械能守恒定律T实验器材1-打点W时翳、电源,纸带.复写纸、建物,刻度尺，头番帝初尸铁架台（附夹了-）、导线误差分析打点计时器-纸带

2、一史子4-据处理,安装便嘿将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计忖障那位孔用手提著纸带，ii：重物靠近打点讳时器并处j静止状，状,然后接通业源,松开纸带.让然物月由落F,纸带上打卜一系列小点从凡条打F点的既带中到退出点迹清楚的纸带进行测量在起始点标仙L在以后各点依次标上1、2,3,用刻度尺测出对应下落高度儿、瓦，心计算速度%=，厂6-12T方案-一：利用起点和第点：照证龈4吗方案二：任取较远西点.4.B：验证成，产:啧-土町方案三：图象法，描绘出图线T实验结地=在误差允许的他用内，自由落体过程机械能守恒.减小测量误差：一是测下落距离时都从点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均

3、值。.误差来源：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量=-必定稍小于重力势能的减少量=，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。注意事项.打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力。重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。3一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落。.测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn=h+二”-，不能用vnTn=匚亚或v=gt来计算。实盼热点,各个击皱实验热点突破热点一实验原理和实验操作实盼热点,各个击皱【例】2016北京理综，21(2)利用图装置做“验证机械

4、能守恒定律”实验。打点计时器土夹子重物(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的。A动能变化量与势能变化量B速度变化量与势能变化量C速度变化量与高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是。A交流电源B刻度尺C天平(含砝码)(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图2所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量E=，动能变化

5、量E=。(4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是。.利用公式v=gt计算重物速度.利用公式v=、pgh计算重物速度C存在空气阻力和摩擦阻力的影响D没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v-h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确的。热点二数据处理与误差分析【例】(2016江苏宿迁模拟)某同学用如图所示装置验证机械能守恒定律时，所用交流电源的频率为50Hz，得到如图4所示的纸带。

6、选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E,测出A点距起点O的距离为s=，点A、C间的距离为s=，点C、E间的距离为s=,g取，测得重物的质量为m=。打点计时潴打点计时潴下列做法正确的有图3中两限位孔必须在同一竖直线上实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是，打下C点时重物的速度大小是。结果保留三位有效数字图根据纸带算出打下各点时重物的速度。，量出下落距离S，则以J为纵坐标、以s为横坐标画出的图象应是下面的（4）重物减少的重力势能总是略大

7、于增加的动能，产生这一现象的原因是。（写出一条即可）热点三实验的改进与创新【例】（2016江苏单科，11）某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于/点，光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v=d作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小E与动能变化大小E，就能验证机械能是否守恒。图5=计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度应测量释放时的钢球球心到之间的竖直距离。.钢球在

8、点时的顶端.钢球在点时的球心.钢球在点时的底端用=-。计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图6所示，其读数为。某次测量中，计时器的示数为，则图图6所示，其读数为。某次测量中，计时器的示数为，则图钢球的速度为v=下表为该同学的实验结果：X-AX-他发现表中的与之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点？请说明理由。请你提出一条减小上述差异的改进建议。对接高考,演嫁提升高考模圾演阑对接高考,演嫁提升在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为依次打出的点为，。则:图如用第2点到第图如用第2点到第6点之间的纸带来验证必须直接测量的物理量为，必须计算出

9、的物理量为，验证的表达式为物理量为(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是(填写步骤前面的字母)。A将打点计时器竖直安装在铁架台上B接通电源，再松开纸带，让重物自由下落C取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验D将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带.选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h,h,hhn，计算出对应的瞬时速度v，v，vvn.分别算出-加vn和mghn，在实验误差范围内看是否相等.(2016)某同学利用倾斜气垫导轨做“验证机械能守恒定律”的实验，实验装置如图8所示。其主要实验步骤如下：气垫导轨异轨标尺图气垫导轨异轨标尺图:J尺源标尺图9.用游标卡尺测量

10、挡光条的宽度l，结果如图所示；.读出导轨标尺的总长L,并用直尺测出导轨标尺在竖直方向的高度H;.读出滑块释放处挡光条与光电门中心之间的距离s；.由静止释放滑块，从数字计时器图中未画出上读出挡光条通过光电门所用的时间t。回答下列问题：由图读出l=选填“有”或“没有”必要用天平称出滑块和挡光条的总质量M。选填“有”或“没有”必要用天平称出滑块和挡光条的总质量M。图多次改变光电门位置，即改变距离s，重复上述实验，作出7随s的变化图象，L如图所示，当已知量t、s、l、L、H和当地重力加速度g满足表达式t=L时，可判断滑块下滑过程中机械能守恒。某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图11所

11、示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验。图组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是，理由是进行实验。图组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是，理由是若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图12所示，相邻两点之间的时间间隔为,请根据纸带计算出B点的速度大小结果保留三间隔为,请根据纸带计算出B点的速度大小结果保留三位有效数字）。该小组内同学们根据纸带算出了相应点的速度，作出一h图线如图所示，请根据图线计算出当地的重力加速度

12、g=结果保留两位有效数字）请根据图线计算出当地的重力加速度g=结果保留两位有效数字）。的fllf产:图【例】解析根据实验原理可知，需要验证=-。，同时根据运动学规律可知，此实验中需要测量钩码质量、小车质量和位移，故还需要的器材有：刻度尺和天平；(2)分析小车受力可知，在平衡摩擦力的基础上，使细绳与木板平行是为了让细绳的拉力充当小车所受合外力，故选项正确；纸带上打出的点较少，说明小车的加速度过大(即小车过快)，故可知减小钩码质量或增加小车质量(在小车上加上适量的砝码)；(4)在此实验中，根据牛顿第二定律可知，钩码的重力大于细绳的拉力，而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于小车动能增量；如果实验

13、未平衡或未完全平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量，故选项、正确。答案(1)刻度尺、天平(包括砝码)(2)D(3)可在小车上加适量的砝码(或钩码)【例2】解析(1)为了消除摩擦力，应将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车在不接橡皮筋时缓慢匀速下滑。由匀速运动的速度公式。=-，可求出小车的速度，其中可从题图中读出，分别为、。交流电频率为，故=。次数橡皮筋对小车做的功小车速度0-v在误差允许的范围内，橡皮筋对小车做的功与小车速度的二次方成正比。答案见解析【例3】解析(1)若气垫导轨水平，则滑块不挂钩码时在气垫导轨上受的合外力为零，能在气垫导轨上静止或做匀速直线运动，即滑块经过两个光电

14、门的时间相等。如果满足=-,则可以验证动能定理。21因为钩码向下运动的位移大小为时，滑块运动的位移大小就为，所以滑块的加速度大小是钩码加速度大小的倍，选项错误；弹簧测力计的读数为滑块所受合外力大小，不需要满足钩码的总质量远小于滑块和遮光条的总质量，实验过程中钩码处于失重状态，所以选项正确，、错误。答案(1)B.能在气垫导轨上静止，或能在导轨上做匀速运动，或经过两个光电门的时间相等；FL=-Md-Mdbb高考模取演炼对得春演武升.解析(1)打点计时器使用的是交流电源。(2)平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器，放开拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可，正确。(3)水平放置木板，放开小车后，小车做

15、加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时，小车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，正确。从纸带上看，纸带的GJ段打点比较均匀，所以应选用纸带的GJ段进行测量。答案(1)交流(2)D(3)B(4)GJ.解析根据螺旋测微器读数规则，遮光条的宽度d=+=。根据动能定理，Fs=Mv,v=d，联立解得F=Md-t，选定F作为纵坐标，则横坐标代表的物理量为r,正确。得出线性变化图象的斜Lks：ks：d。ks率为鼠由k=解得M=s答案3.解析3.解析(1)若已平衡摩擦力则小车在木板上做匀速直线运动。从纸带上的O点到F点，W=FOF=X=，打F点时速度vF=t=XX心打B打B点时小车的速度为VB=AC=

16、，所以小vv1.0510.6555车的加速度a=，=v小车所受的拉力F=m+mga,所以盘中砝码的质量_F(mgam、一。答案(1)匀速直线(或匀速实验六验证机械能守恒定律【例1】解析(1)重物下落过程中重力势能减少，动能增加，故该实验需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量在误差范围内是否相等，A项正确。电磁打点计时器使用的是交流电源，故要选，需要测纸带上两点间的距离，还需要刻度尺，选，根据mgh=-mv-可将等式两边的质量抵消，不需要天平，不需用。重物的重力势能变化量为E=-mghB，动能的变化量E=-mvB=-h-hmcT4(4)重物重力势能的减少量略大于动能的增加量，是

17、因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力的影响，正确。该同学的判断依据不正确，在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据mgh-fh=-mv-,则v=g-f-h可知，v-h图象就是过原点的一条直线。要m想通过v-h图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近g。1hh答案一mghB-m/不正确，理由见解析【例2】解析(1)图3中两限位孔必须在同一竖直线上，实验前手应提住纸带上端，并使纸带竖直，这是为了减小打点计时器与纸带之间的摩擦，选项、正确；实验时，应先接通打点计时器的电源再放开纸带，选项C错误；数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小长度的测量误差，选项错误。

18、重物减少的重力势能为E=mgs+s=,由于重物下落时做匀变速运动，根据匀变速直线运动任意时间段中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平ss均速度可知，打下。点时重物的速度为vC=T=。物体自由下落过程中机械能守恒，可以得出加gs=-加V,即gs=-v,所以-S图线应是一条过原点的倾斜直线，选项正确。(4)在实验过程中,纸带与打点计时器之间的阻力、空气阻力是存在的,克服阻力做功损失了部分机械能,因此实验中重物减小的重力势能总是略大于增加的动能。答案(1)AB(2)2.682.28(3)C(4)重物受到空气阻力(或纸带与打点计时器之间存在阻力)【例】解析钢球下落高度h，应测量释放时钢球心到钢球在A点时的球心之间的竖直距离，故选。遮光条的宽度d=，钢球的速度v=d=L不同意，因为空气阻力会造成石小于,但表中E大于E。分别测出光电门和球