1、实验四验证机械能守恒定律 考纲解读 1.掌握验证机械能守恒定律的方法 2.会用计算法或图象法处理实验数据【知识要点】一实验原理与实验操作1实验目的： 2实验原理3实验器材 4实验步骤 (1)安装器材：(2)打纸带(3)选纸带5实验结论二：规律方法总结1误差分析(1)测量误差：减小测量误差的方法，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)系统误差：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Ekmv必定稍小于重力势能的减少量Epmghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力2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，
2、使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少摩擦阻力(2)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，不能用vn或vngt来计算3验证方案方案一：利用起始点和第n点计算代入mghn和mv，如果在实验误差允许的范围内，mghn和mv相等，则验证了机械能守恒定律方案二：任取两点计算 (1)任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB.(2)算出mvmv的值(3)在实验误差允许的范围内，若mghABmvmv，则验证了机械能守恒定律方案三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并
3、计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出v2h图线若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律【典型例题】例1利用图实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转化问题(1)实验操作步骤如下，请将步骤B补充完整：A按实验要求安装好实验装置；B使重物靠近打点计时器，接着先_，后_，打点计时器在纸带上打下一系列的点；C图为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一个点分别测出若干连续点A、B、C与O点之间的距离h1、h2、h3.(2)已知打点计时器的打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，结合实验中所测得的h1、h2、h3，可
4、得重物下落到B点时的速度大小为_，纸带从O点下落到B点的过程中，重物增加的动能为_，减少的重力势能为_(3)取打下O点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能Ek和重力势能Ep，建立坐标系，横轴表示h，纵轴表示Ek和Ep，根据数据在图中已绘出图线和图线.已求得图线斜率的绝对值k12.94 J/m，请计算图线的斜率k2_J/m(保留三位有效数字)重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为_(用k1和k2表示)(4)通过对k1和k2的比较分析，可得到的结论是(只要求写出一条)：_.例2如图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，m
5、1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7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，计数点间的距离如图所示已知m150 g、m2150 g，则：(结果均保留两位有效数字)(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5_m/s；(2)在打下第0点到打下第5点的过程中系统动能的增量Ek_ J，系统势能的减少量Ep_J；(取当地的重力加速度g10 m/s2)(3)若某同学作出v2h图象如图8所示，则当地的重力加速度g_m/s2.【拓展训练】1实1实验操作如图所示，在利用自由落体运动验证机械能
6、守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4、n.则：(1)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_、_、_，必须计算出的物理量为_、_，验证的表达式为_(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E选择一条纸带，用刻度尺测出重物下落的高度h1、h2、h3、hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3、vnF分别算出mv和mghn，在实验误差范围内看是
7、否相等2. 某同学用图所示的实验装置验证机械能守恒定律，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，当地重力加速度大小为g9.80 m/s2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图所示，纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值回答下列问题：(计算结果保留3位有效数字)(1)打点计时器打B点时，重物速度的大小vB_m/s；(2)通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据3实验数据处理为了验证机械能守恒定律，某同学设计了如图所示的实验装置，并提供了如下的实验器材：A小车B钩码C一端
8、带定滑轮的木板D细线E电火花计时器F纸带G毫米刻度尺H低压交流电源I220 V的交流电源(1)根据上述实验装置和提供的实验器材，你认为实验中不需要的器材是_(填写器材序号)，还应补充的器材是_(2)实验中得到了一条纸带如图11所示，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点(标号06)，测出0到1、2、3、4、5、6点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6，打点周期为T.则打点2时小车的速度v2_；若测得小车质量为M、钩码质量为m，打点1和点5时小车的速度分别用v1、v5表示，已知重力加速度为g，则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为_(3)在实验数据处理时，如果以为纵轴，以d为横
9、轴，根据实验数据绘出d图象，其图线的斜率表示的物理量的表达式为_4. 某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图12甲所示在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的t1_t2(选填“”、“”或“”)时，说明气垫已经水平用螺旋测微器测量遮光条宽度d，测量结果如图所示，则d_ mm.(2)将滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放若t1、t2和d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出_和_(写出物理量的名称及符号)(3)若上述物理量间满足关系式_，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒
