高考物理总复习主题三机械能及其守恒定律3.8实验：验证机械能守恒定律市赛课公开课一等奖省名师获

3.8试验：验证机械能守恒定律1/39试验目标1.会用打点计时器打下纸带计算物体运动速度。2.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律原理和方法。试验原理让物体自由下落，忽略阻力情况下物体机械能守恒，有两种方案验证物体机械能守恒：mgh2/39试验器材铁架台(带铁夹)、________________、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、_______________。mgh电磁打点计时器低压交流电源3/39试验过程一、试验步骤1.安装置：按图将检验、调整好打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。4/392.打纸带：将纸带一端用夹子固定在重物上；另一端穿过打点计时器限位孔，用手提着纸带使重物静止在_______打点计时器地方。先__________，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5次试验。3.选纸带：选取点迹较为清楚且有两点间距离约为______纸带，把纸带上打出两点间距离为2mm第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3……4.测距离：用刻度尺测出O点到1、2、3……距离，即为对应下落高度h1、h2、h3……靠近接通电源2mm5/39二、数据处理1.计算各点对应瞬时速度：记下第1个点位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3……并测量出各计数点到O点距离h1、h2、h3……再依据公式vn＝

___________，计算出1、2、3、4、……n点瞬时速度v1、v2、v3、v4……vn。2.机械能守恒验证6/397/39原点g8/39误差分析1.在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差。2.重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成_______，下落高度越大，机械能损失越多，所以试验数据出现了各计数点对应机械能依次略有减小现象。3.因为交流电周期不稳定，造成打点时间间隔改变而产生误差。内能9/39注意事项1.应尽可能控制试验满足机械能守恒条件，这就要求尽可能减小各种阻力影响，采取办法有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔中线严格竖直，以减小__________。(2)应选取质量和密度较_____重物，增大重力可使阻力影响相对______，增大密度能够减小体积，使空气阻力减小。摩擦阻力大减小10/392.纸带选取：11/39试验原理与操作[精典示例][例1]

如图1为验证机械能守恒定律试验装置示意图。现有器材为：带铁夹铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹重锤。回答以下问题：

图112/39(1)为完成此试验，除了所给器材外，还需要器材有_______。(填入正确选项前字母)A.米尺

B.秒表C.0～12V直流电源

D.0～12V交流电源(2)下面列举了该试验几个操作步骤：A.按照图示装置安装器材B.将打点计时器接到电源“直流输出”上C.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带D.测量纸带上一些点间距离E.依据测量结果计算重锤下落过程中降低重力势能是否等于增加动能其中操作不妥步骤是________________。13/39(3)试验中误差产生原因有______________________________________________________________________(写出两个原因)。(4)利用这个装置也能够测量重锤下落加速度a数值。依据打出纸带，选取纸带上连续五个点A、B、C、D、E，测出各点之间距离如图2所表示。使用交流电源频率为f，则计算重锤下落加速度表示式a＝______。(用x1、x2、x3、x4及f表示)图214/3915/3916/39试验数据处理[精典示例][例2]

某同学用图3甲所表示试验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器电源为交流电源，能够使用频率有20Hz、30Hz和40Hz，打出纸带一部分如图乙所表示。该同学在试验中没有统计交流电频率f，需要用试验数据和其它条件进行推算。图317/39(1)若从打出纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图乙中给出物理量能够写出：在打点计时器打出B点时，重物下落速度大小为____________，打出C点时重物下落速度大小为__________，重物下落加速度大小为________。(2)已测得s1＝8.89cm，s2＝9.50cm，s3＝10.10cm；当地重力加速度大小为9.80m/s2，试验中重物受到平均阻力大小约为其重力1%。由此推算出f为________Hz。18/3919/391.甲同学准备做“验证机械能守恒定律”试验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量关系”试验。(1)图4中A、B、C、D、E表示部分试验器材，甲同学需在图中选取器材有________；乙同学需在图中选取器材有________。(用字母表示)图420/39(2)乙同学在试验室选齐所需器材后，经正确操作取得如图5所表示两条纸带①和②。纸带________(选填“①”或“②”)加速度大，其加速度大小为________。图5答案

(1)A、B

B、D、E

(2)①

2.50m/s2(2.48～2.52m/s2均可)21/392.在“验证机械能守恒定律”试验中：(1)从以下器材中选出试验所必须，其编号为________。A.打点计时器(包含纸带) B.重锤C.天平 D.毫米刻度尺E.秒表(或停表) F.运动小车22/39(2)进行试验时，为确保重物下落时初速度为零，应____。A.先接通电源，再释放纸带B.先释放纸带，再接通电源(3)以下说法中正确是________。A.试验中用打点计时器时，一定用到低压直流电源B.选取重物时，一样大小、形状重物应选重一点比很好C.要选取第1、2两点距离靠近2mm纸带D.试验结果总是动能增加量略小于重力势能降低许23/3924/39答案

(1)ABD

(2)A

(3)BCD25/393.(·郑州高一检测)如图6是利用重物自由下落验证机械能守恒定律试验装置。图6(1)在验证机械能守恒定律试验中，没有必要进行操作是________。A.用天平测重物质量B.用秒表测重物下落时间C.用打点计时器统计重物下落信息D.用纸带统计测量重物下落高度26/39(2)该试验所用打点计时器电源频率为50Hz，如图7所表示，A、B、C为纸带中选取三个计数点，每两个计数点之间还有4个点未画出，则每两个计数点之间时间间隔T＝______s，打点计时器在打下计数点B时，物体下落速度为vB＝________m/s。(小数点后保留两位小数)图7(3)因为该试验中存在阻力做功，所以试验测得重物重力势能降低许________(选填“＜”“＞”或“＝”)动能增加量。27/3928/39(3)因为纸带经过时受到较大阻力和重物受到空气阻力，重力势能有相当一部分转化为摩擦产生内能，所以重力势能降低许显著大于动能增加量。答案

(1)AB

(2)0.1

2.36

(3)＞29/394.某同学做验证机械能守恒定律试验时，不慎将一条挑选出纸带一部分损坏，损坏是前端部分。剩下一段纸带上各相邻点间距离已测出标在图8中，单位是cm。打点计时器工作频率为50Hz，重力加速度g取9.8m/s2，重物质量为m。图8(1)重物在2点时速度v2＝________，在5点时速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能降低许ΔEp＝________。由以上可得出试验结论：___________。30/39(2)依据试验判断以下图象正确是(其中ΔEk表示重物动能改变量，Δh表示重物下落高度)(

)31/3932/39(2)重物机械能守恒，应有重物降低重力势能转化为增加动能，即ΔEk＝mgΔh，可见重物增加动能与下落距离成正比，选项C正确。答案

(1)1.50m/s

2.075m/s

1.03mJ

1.06mJ在误差允许范围内，机械能守恒(2)C33/395.(·青岛高一检测)利用如图9所表示试验装置来验证机械能守恒定律。经过电磁铁控制小铁球从A点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门B时，毫秒计时器(图中未画出)统计下小铁球挡光时间t。试验前调整光电门位置，使小球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束经过光电门，当地重力加速度为g。

图934/39(1)为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量物理量是________。A.A点距地面高度HB.A、B之间距离hC.小铁球从A到B下落时间tABD.小铁球直径d(2)小铁球经过光电门时瞬时速度v＝____________；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式______是否成马上可(用试验中测得物理量符号表示)。35/3936/396.现利用如图10所表示装置验证机械能守恒定律。图中AB是固定光滑斜面，斜面倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置两个光电门，与它们连接光电计时器都没有画出。让滑块从斜面顶端滑下，光电门1、2各自连接光电计时器显示挡光时间分别为5.00×10－2s、2.00×10－2s。已知滑块质量为2.00kg，滑块沿斜面方向长度为5.00cm，光电门1和2