高三物理“机械能”第8课时 (实验、探究)验证机械能守恒定律

1、江苏省常州市西峡蜀中学高三物理“机械能”第八课时(实验与探究)验证机械能守恒定律基础知识梳理一、实验目的：仅在重力作用下，使用_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _运动来验证物体的机械能守恒。二、实验原理：1.如果下落物体在某一时刻的瞬时速度为v，下落高度为h， 重力势能的减少量为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，动能的增加量为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _2.计算第n点瞬时速度的方法是测量第n点相邻前后段在同一时间t内的下降距离s n和s n 1，公式v n=_

2、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _三.实验设备：铁架(带铁夹)，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。Iv .实验步骤：1.安装装置：按照图中所示的装置，将报时器安装在铁架上，用电线将报时器与学生电源连接。2.播放纸带：用夹子将纸带的一端固定在重锤上，另一端穿过计时

3、器限位孔；垂直提起纸带，使重锤停在点计时器附近，先打开电源，然后松开纸带，让重锤随着纸带自由落下；重复几次，得到3 5个好点的纸带。3.纸带选择：有两种解释。(1)使用验证时，应选择标记清晰且小于或接近点1和点2之间距离的纸带。如果点1和点2之间的距离大于此距离，则是先松开纸带，然后打开电源造成的，因此第一个点不是移动的起点，不能选择这样的纸带。(2)在验证过程中，由于重力势能的相对性，在处理纸带时，选择合适的点作为参考点，所以纸带上第一点和第二点之间的距离是否为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _并不重要。

4、4、速度(见原理)5.实验守恒典型示例例1。(南通模拟，2010)用示意图所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验中使用的电源为学生电源，输出电压为6 V交流电和直流电。重锤从静止的高处开始下落，重锤拖动的纸带碰到一系列点，通过测量纸带的点迹可以验证机械能守恒定律。(1)下面列出了本实验的几个操作步骤：A.根据所示设备安装设备；将计时器连接到电源的“DC输出”上；C.用天平测量重锤的重量；d、松开挂纸带的夹子，同时打开电源开关，打出纸带；E.测量纸带上某些点之间的距离；f .根据测量结果，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。对于不必要或不恰当的步骤，请在下面的空白行中填写前面的字

5、母，并解释原因。回答：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(2)在“验证机械能守恒定律”实验中，实验组甲意外损坏了所选纸带的前部，纸带剩余部分的点间距如下图所示。纸带的_ _

6、 _ _ _ _端(“左”或“右”)与重物相连。已知撞击计时器的周期为T=0.02s秒，重力加速度为g=9.8米/秒2；重锤质量为m，已知S1=0.98 cm，S2=1.42 cm，S3=1.78 cm，然后记录b点处重锤的动能EKB=J(用字母写出计算公式)，记录c点处重锤的动能EKC=0.32m J；重力势的变化(3)利用该装置，我们还可以测量重锤下落的加速度值。如图4 -4所示，根据打孔的纸带，选择纸带上连续的A、B、C、D、E五个点，A与起点O的距离为x0，点AC的距离为x1，点ce的距离为x2，交流的频率为f。根据这些条件，计算出重锤下落的加速度A=_。(4)在验证机械能守恒定律的实

7、验中，发现重锤减少的重力势能总是大于重锤动能的增加，这主要是由于重锤下落过程中的阻力，阻力可以用该实验装置测量。如果公认的局部重力加速度的精确值被称为G，则待测物理量为_ _ _ _ _ _ _ _ _。尝试这些物理量和纸带上的数据，以显示下降过程中收到的平均重量。例2，(实验创新)一个同学用图4 -6所示的实验装置验证了机械能守恒定律。弧形轨道的末端是水平的，距地面的高度是H。钢珠在轨道的不同高度H从其余部分释放，钢珠的落点与轨道末端之间的水平距离是x。(1)如果轨道完全平滑，x2和H之间的理论关系应满足X2=_ _ _ _ _ _。(2)学生通过实验测量获得了一组数据。如表所示，请在图4

8、-7所示的坐标纸上画一个x2-h关系图。(3)将实验结果与理论计算得到的x2-h图(图中已画出)进行比较。从相同高度释放的钢球的水平投掷率的理论值(“小于”或“大于”是可选的)。(4)上述偏差的可能原因是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _课后巩固1.在“用重锤和敲击计时器验证机械能守恒定律”的实验中，下列描述是正确的A.必须选择第一点和第二点之间距离约为

9、2 mm的纸带来完成验证实验B.要测量的数据是从纸带上的起始点到每个计数点的高度C.必须测量重锤的重量D.必须测量重锤落下的时间E.必须尽可能地将计时器的两个限位孔调整到同一条垂直线F.用纸带测得的从O点到各计数点的重力势能的减少总是略大于测得的动能的增加，属于系统误差2.在“用打点计时器验证机械能守恒定律”实验中，一个质量为m=1.00kg的重物垂直向下拖动纸带，打点计时器在纸带上做一系列点，如图所示。相邻计数点之间的时间间隔为0.04秒，p是纸带运动的起点，EP=物体从p到b的过程中的重力势能的J，以及该过程中物体的动能的 ek=j(已知局部重力加速度g=9.8 m/s2，答案保留三个有效

10、数字)。每个计数点的速度用V表示，每个计数点到P的距离用H表示。根据实验数据绘制的v2/2-H图以v2/2为纵轴，H为横轴。如果斜率等于某一物理量的值，则表明在重物下落过程中机械能是守恒的。3.光电计时器是物理实验中常用的精密计时仪器。它由光电门和定时器组成。光电门的一个臂的内侧装有发光器件(激光发射器件是一个激光二极管，发出很细的光束)，如图4 -5所示，另一个臂的内侧装有激光接收器件，如图B and B所示。当一个物体从它们之间通过时，二极管发出的激光被物体阻挡。接收装置无法接收激光信号，计时器开始计时，直到挡光结束。因此，该装置可以精确地记录物体通过光电门所花费的时间。目前，一个小球从t

11、w的正上方自由落下4.在用点计时器进行“验证机械能守恒定律”的实验中，一位同学得到了如图4 -9所示的纸带，但发现0点和1点之间的距离远远大于2 mm，0点、1点、1点和2点缺失或未显示，而其他点清晰完整。现在，这位同学用天平测量了2、3、4、5、6和7。(1)同学第6点的速度计算公式为V6=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。(2)学生将坐在v2-h上，有四组计算数据(hi，v2i)在标准系统中找到相应的坐标点，并将这四个点连接起来，得到以下结果图4 -10所示的直线，请回答：他可以吗确定重物下落过程中的机械能守恒。(解释原因)_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

12、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _5.在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量为m=1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上做一系列点，选择符合实验要求的纸带，如图4 -8所示。o是第一个点，A、B和C是从适当位置选择的三个连续点。众所周知，点点计时器每隔0.02秒就产生一个点，并且局部重力加速度为g(1)根据图上获得的数据，机械能守恒定律应从图中的点o开始验证；(2)从点O