1、实验六：验证机械能守恒定律,一、基本原理与操作,二、误差分析,1.减小测量误差：一是测下落距离时都从 0 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值.2.误差来源：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，,三、注意事项1.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.2.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.4.测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用 vn,考点 1,基本实验原理与实验操作的考查,【典题 1】(2017 年天津卷)如图 S6-
2、1 所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律.图 S6-1,(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是,_.,A.重物选用质量和密度较大的金属锤B.两限位孔在同一竖直面内上下对正C.精确测量出重物的质量,D.用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物,(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到 50 Hz 的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图 S6-2 所示.纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中 O 点为纸带上打出的第一个点.重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值
3、能完成验证机械能守恒定律的选项有_.图 S6-2,A.OA、AD 和 EG 的长度C.BD、CF 和 EG 的长度,B.OC、BC 和 CD 的长度D.AC、BD 和 EG 的长度,解析：(1)重物选用质量和密度较大的金属锤，能够减小空气阻力的影响，以减小误差，A 正确；两限位孔在同一竖直面内上下对正，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，,物质量可以消掉，无需精确测量出重物的质量，C 错误；用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物对减小实验误差无影响，D 错误.,答案：(1)AB (2)BC,方法技巧：(1)安装打点计时器时要竖直架稳，使两限位孔,在同一竖直平面内以减少摩擦阻力.,(2)
4、重物应选用质量大、体积小、密度大的材料.,(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带,让重物下落.,(4)纸带长度应选用 60 cm 左右为宜，应选用点迹清晰的纸,带进行测量.,考点 2,数据处理与误差分析,【典题 2】(2016 年北京卷)利用如图 S6-3 所示装置做“验证机械能守恒定律”实验.图 S6-3,(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.速度变化量和势能变化量C.速度变化量和高度变化量(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
5、,B.刻度尺,C.天平(含砝码),(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图 S6-4 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.,图 S6-4,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Ep_，动能变化量Ek_.,(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_.A.利用公式 vgt 计算重物速度B.利用公式 v 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
6、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 v2-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依据是否正确.,本实验可从多个角度进行创新：(1)实验器材的创新：,利用光电门测出挡光条通过光电门的时间t，从而利用,利用气垫导轨代替长木板，减小阻力对实验结果的影响.,(2)实验数据处理的创新：将滑块、挡光条、托盘和砝码看,作一个系统来验证系统机械能守恒.,(3)本实验还可以从以下两个方面创新：,整个实验装置可以放在真空的环境中操作，如用牛顿管和频闪照相进行验证，以
7、消除由于空气阻力作用而带来的误差.,考向 1,利用光电门验证机械能守恒定律,【典题 3】(2018 届皖南八校第三次联考)某实验小组的同学利用落体法验证机械能守恒定律，实验装置如图 S6-5 甲所示，该小组的同学完成了如下的操作：,甲,乙图 S6-5,(1)首先利用螺旋测微器测出了小球的直径，其示数如图乙,所示，则该小球的直径 d_cm.,(2)将该小球由光电门 1 的正上方无初速度释放，测得小球先后通过光电门 1 和光电门 2 所用的时间为t1 和t2，则小球通过两光电门的速度分别为 v1_，v2_.(用所测量的物理量符号表示),(3)该小组的同学测出了两光电门之间的距离为 H，重力加速度用
8、 g 表示，若小球的机械能守恒，则需要验证的关系式为_.(结果用所测量的物理量符号表示),解析：(1)小球直径：d3.5 mm0.01 mm30.03.800 mm0.3800 cm.,考向 2,对两个物体组成的系统验证机械能守恒,【典题 4】用如图S6-6 甲所示的实验装置验证m1、m2 组成的系统机械能守恒.m2 从高处由静止开始下落，m1 上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.如图乙给出的是实验中获取的一条纸带，0 是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有 4 个点(图中未标出)，所用电源的频率为 50 Hz.已知 m150 g、m2150 g.(结果均保留两位有效数字)，则：,甲,乙,丙,图 S6-6(1)在纸带上打下计数点 5 时的速度 v5_m/s.(2) 在打下 0 点到第 5 点的过程中系统动能的增量Ek _J，系统重力势能的减少量Ep_J.(当地的重力加速度 g 取 10 m/s2),解得 g9.7 m/s2.,答案：(1)2.4 (2)0.58,0.60 (3)9.7,
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