《实验：验证机械能守恒定律》课件

图8.5-1图8.5-2

注意事项1．应尽可能控制实验，满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小。2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直。接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带。图8.5-4(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端上；C．用天平测量出重物的质量；D．释放悬挂纸带的夹子，接通电源开关打出一条纸带；E．测量打出的纸带上选中点与起始点之间的距离；F．根据测量的结果计算重物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步骤是________；操作不恰当的步骤是________。[答案]

(1)C

BD

(2)0.68

0.69[微点拨]关于实验操作的三点提醒(1)本实验不需要测量重物的质量。(2)打点计时器连接的应该是交流电源。(3)实验时应该先接通电源后释放重物。

图8.5-7(2)如图8.5-7乙是该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O点是起始点，选取纸带上连续的点A、B、C、D、E、F作为计数点，并测出各计数点到O点的距离依次为27.94cm、32.78cm、38.02cm、43.65cm、49.66cm、56.07cm。已知打点计时器所用的电源是50Hz的交流电，重物的质量为0.5kg，则从计时器打下点O到打下点D的过程中，重物减少的重力势能ΔEp＝________J；重物增加的动能ΔEk＝________J，两者不完全相等的原因可能是_________。(重力加速度g取9.8m/s2，计算结果保留三位有效数字)(3)实验小组的同学又正确计算出图8.5-7乙中打下计数点A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度v，以各计数点到A点的距离h′为横轴，v2为纵轴作出图像，如图8.5-7丙所示，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒的依据是_______________________________。图8.5-8答案：C

图8.5-9(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平；②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30mm；图8.5-10知识点1基础实验1.[辽宁省大连市期中考试]如图1是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。(1)选出一条点迹清晰的纸带如图2所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个连续的计时点,相邻两个计时点的时间间隔为T。用毫米刻度尺测出A、B、C三点到O点的距离分别为x1、x2、x3,重锤的质量(含夹子)为m。根据以上条件写出下列物理量的表达式∶从O点到B点,重锤的重力势能减少量ΔEp=

;打B点时重锤的动能Ek=

。

知识点1基础实验(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带,测量出了各计时点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计时点对应的速度v,然后以h为横轴、以v2为纵轴作出了如图3所示的图线,图线的斜率近似等于(单位为国际单位制单位)

。

A.19.60

B.9.80

C.4.90

D.2.45(3)图3中图线未过原点O的原因是

。

答案

知识点1基础实验2.[湖北六校新高考联盟联考]用自由落体法验证机械能守恒定律,器材安装如图甲所示。

(1)请指出图中有明显错误或不妥之处∶①

;

②

。

(2)改正实验中的错误及不妥之处后,某同学在实验中获取了一条纸带,如图乙所示。O点是打下的第一个点(此时纸带恰好由静止释放),在纸带上测量四个连续的点A、B、C、D到O点的距离分别为hA、hB、hC、hD。已知打点计时器所用电源的频率为f,重物的质量为m,当地重力加速度为g。则打点计时器打下O点到打下C点的过程中,计算重物重力势能减少量的表达式为ΔEp=

,计算重物动能增加量的表达式为ΔEk=

。

知识点1基础实验

知识点1基础实验答案

知识点1基础实验3.[江苏扬州中学月考]某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。将气垫导轨固定在水平桌面上,调节旋钮使其水平。在气垫导轨的左端固定一光滑的定滑轮,在B处固定一光电门,测出滑块及遮光条的总质量为M,将质量为m的钩码通过细线与滑块连接。打开气源,滑块从A处由静止释放,宽度为b的遮光条经过光电门时挡光时间为t,取挡光时间t内的平均速度作为滑块经过B处的速度,A、B之间的距离为d,重力加速度为g。

(1)关于实验操作和注意事项,下列说法正确的是

。

A.必须满足m远小于MB.定滑轮的质量要足够小C.用手向上托稳钩码,由静止开始释放钩码(2)实验过程中滑块通过B点时钩码没有落地。滑块由A点运动到B点的过程中,系统动能增加量ΔEk为

,系统重力势能减少量ΔEp为

。(以上结果均用题中所给字母表示)

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知识点1基础实验答案

知识点1基础实验4.[河南省郑州市期末考试]某同学设计出如图所示的实验装置来验证机械能守恒定律,让小球自由下落,下落过程中小球的球心经过光电门1和光电门2,光电计时器记录下小球通过光电门的时间Δt1、Δt2,已知当地的重力加速度为g。(1)为了验证机械能守恒定律,该实验还必须要测量的物理量有

(填选项序号)。

A.小球的质量mB.光电门1和光电门2之间的距离hC.小球从光电门1到光电门2下落的时间tD.小球的直径d(2)小球通过光电门1时的瞬时速度v1=

(用题中所给的物理量表示)。

(3)如果不考虑空气阻力,测得的物理量之间满足关系式

,就可以验证小球下落过程中机械能守恒。

(4)考虑到实际存在空气阻力,则实验过程中小球的重力势能的减少量

(填“大于”“小于”或“等于”)其动能的增加量。

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知识点1基础实验5.[辽宁沈阳二中期中考试]某同学利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图1所示,水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上A处有一带长方形遮光片的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的轻绳与一质量为m的小球相连;遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上B处有一光电门,可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t,用L表示A到光电门B的距离,d表示遮光片的宽度(很窄),将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B时的瞬时速度,实验时滑块在A处由静止开始沿斜面向上运动,重力加速度为g。

(1)某次实验测得倾角θ=30°,滑块从A处到达B处时小球和滑块组成的系统动能增加量可表示为ΔEk=

,在误差允许的范围内方程

成立,则可认为系统的机械能守恒(用题中所给的物理量表示)。

(2)在上述实验中,该同学改变A、B间的距离L,保证斜面倾角不变,测出滑块通过B时的瞬时速度v,作出了v2-L图像如图2所示,并测得m=M,则重力加速度g=

m/s2(保留2位有效数字)。

知识点1基础实验答案

知识点2创新实验6.如图所示装置可用来验证机械能守恒定律。长度为L的轻绳一端固定在O点,另一端系一摆锤A,在A上放一个小铁片。现将摆锤拉起,使轻绳偏离竖直方向θ角,由静止开始释放摆锤,当其到达最低位置时,受到竖直挡板P阻挡而停止运动,这时铁片将做平抛运动而飞离摆锤,用刻度尺量出铁片的水平位移为s,下落高度为H,重力加速度为g。(1)要验证摆锤在运动中机械能守恒,必须求出摆锤初始位置离最低点的高度,其高度应为

,同时还应求出摆锤在最低点时的速度,其速度应为

。

(2)用实验中测量的物理量写出验证摆锤在运动中机械能守恒的关系式为

。

知识点2创新实验答案

知识点2创新实验7.为了验证小球在竖直平面内摆动过程的机械能是否守恒,利用如图甲所示装置,不可伸长的轻绳一端系住一小球,另一端连接力传感器,小球质量为m,球心到悬挂点的距离为L,小球释放的位置到最低点的高度差为h,实验记录轻绳拉力大小随时间的变化如图乙,其中Fm是实验中测得的最大拉力值,重力加速度为g,请回答以下问题∶

(1)小球第一次运动至最低点的过程中,重力势能的减少量ΔEp=

,动能的增加量ΔEk=

。(均用题中所给字母表示)

(2)观察图乙中拉力峰值随时间变化规律,试分析造成这一结果的主要原因是

。

(3)为减小实验误差,实验时应选用密度

(选填“较大”或“较小”)的小球。

知识点2创新实验答案

知识点2创新实验8.小星利用气垫导轨设计了一个“验证机械能守恒定律”的实验,如图1所示,在导轨旁边固定一与导轨平行的刻度尺,然后把一手机固定于导轨上方,使摄像头正对导轨,开启视频录像功能,调节导轨的倾斜角度θ(通过量角器量出),使滑块从导轨顶端由静止滑下,并用手机记录下滑块做匀加速直线运动的全程情况,然后通过录像回放,取滑块出发点为参考点,得到滑块相对于某点的距离x和所用时间t(通过手机读取)的数据,然后改变轨道倾角θ,得到多组x、t值(已知滑块的质量为m=0.5kg,g=10m/s2,sin37°=0.6,sin53°=0.8,结果保留2位小数)。

(1)若小星在实验中得到了如下数据∶当倾角θ=37°时,取x=27.0cm,测得t=0.3s,则滑块在此过程中重力势能的减少量为

,动能的增加量为

。

知识点2创新实验

知识点2创新实验答案

知识点2创新实验9.[河北邯郸一中期中考试]大连市第八中学物理实验社团欲利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。跨过定滑轮的细线两端系着质量均为M的物块A、B,A下端与通过打点计时器的纸带相连,B上放置一质量为m的金属片C,固定的金属圆环D处在B的正下方。系统静止时C、D间的高度差为h。先接通打点计时器,再由静止释放B,系统开始运动,当B穿过圆环D时C被D阻挡而停止运动。

(1)如已测出B穿过圆环D时的速度大小v,该实验中需验证的等式是

(用M、m、v和重力加速度g表示)。还可运用图像法加以验证∶改变物块B的释放位