1、实验基础热点突破随堂演练实验六 验证机械能守恒定律 实验基础热点突破随堂演练实验基础热点突破随堂演练误差分析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，故动能的增加量 Ek12mv2n必定稍小于重力势能的减少量 Epmghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。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。实验基础热点突破随堂演练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
2、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 vnhn1hn12T，不能用 vn 2ghn或 vngt 来计算。实验基础热点突破随堂演练热点一 实验原理及数据处理【例1】(2016浙江温州十校联合体联考)某同学安装如图1甲所示的实验装置，验证机械能守恒定律。如图乙所示是该实验得到的一条点迹清晰的纸带，现要取A、B两点来验证实验，已知电火花计时器每隔0.02 s打一个点。图1 实验基础热点突破随堂演练请回答下列问题：(1)电火花计时器的工作电压是 V。(2)根据纸带可以判断，实验时纸带的 (填“左”或“右”)端和重物相连接。(3)若s24.80 cm，
3、则在纸带上打下计数点B时的速度vB_m/s(计算结果保留三位有效数字)。(4)若s1数据也已测出，则要验证机械能守恒定律，实验还需测出的物理量为 。(5)经过测量计算后，某同学画出了如图2所示的Eh图线，h为重物距地面的高度，则图2中表示动能随高度变化的曲线为 (填“图线A”或“图线B”)。实验基础热点突破随堂演练图2 解析(2)从纸带上可以发现从左到右，相邻的计数点的距离越来越大，说明速度越来越大，与重物相连接的纸带先打出点，速度较小，所以实验时纸带的左端通过夹子和重物相连接。(3)因纸带随重物一起做匀加速直线运动，所以根据匀变速直线运动的推论得：打出 B 点时纸带运动的瞬时速度为 vB s
4、22T0.0480.04 m/s1.20 m/s。实验基础热点突破随堂演练(4)若x1数据已测出，则可求出在纸带上打下计数点A时的速度，进而可求出A、B两点动能的变化量，要验证机械能守恒定律，则还要求出重力势能的变化量，所以还要测出A、B之间的距离hAB。(5)因重物在下落过程中做匀加速直线运动，所以高度越来越小，速度越来越大，动能越来越大，故图2中表示动能随高度变化的曲线为图线B。答案(1)220(2)左(3)1.20(4)A、B之间的距离或hAB(5)图线B 实验基础热点突破随堂演练【变式训练】1.在进行“验证机械能守恒定律”的实验中：图3(1)两实验小组同学分别采用了如图3甲和乙所示的装
5、置，采用两种不同的实验方案进行实验。在图甲中，下落物体应选择密度 (选填“大”或“小”)的 重 物；在 图 乙 中，两 个 重 物 的 质 量 关 系 是 m1 m2(选填“”、“”、“”)；实验基础热点突破随堂演练采用图乙的方案进行实验，还需要的实验器材有交流电源，刻度尺和 ；比较两种实验方案，你认为图 (选填“甲”或“乙”)所示实验方案更合理，理由是_。(2)有一同学采用了图甲所示的方案，选出一条纸带如图4所示，其中O点为起始点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以50 Hz交流电，在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点，重物的质量为0.5 kg，g取9.8 m/s2。根据以上数据，
6、打B点时重物的重力势能比开始下落时减少了 J，这时它的动能是_J，根据上面这两个数据你能得到的结论是：。(结果保留三位有效数字)实验基础热点突破随堂演练图4 解析(1)在甲图中为了减小空气阻力的影响，选择体积小、密度大的重物；在图乙中，m2在m1的拉力作用下向上运动，所以m1m2。两重物质量不等，分析系统损失的重力势能是否近似等于增加的动能时，两边质量不能约去，故需要天平测量两重物的质量。题图乙中所示实验还受到细线与滑轮的阻力的影响，机械能损失较大，故题图甲所示实验方案较为合理。实验基础热点突破随堂演练(2)重力势能减少量为 EpmghOB0.867 J；打 B 点时重物的速度为 vBsOCs
7、OA4T，打 B 点时重物的动能为 EkB12m(sOCsOA4T)20.852 J，可见在误差允许的范围内，重物下落时机械能守恒。答案(1)大 天平 甲 图乙中还受到细线与滑轮的阻力的影响(2)0.867 0.852 在误差允许的范围内，重物下落时机械能守恒实验基础热点突破随堂演练热点二 实验的改进与创新 1.实验器材、装置的改进 2.速度测量方法的改进 由光电门计算速度替代 测量纸带上各点速度3.实验方案的改进 利用自由落体运动的闪光照片验证机械能守恒定律。实验基础热点突破随堂演练【例2】利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图5所示：图5(1)实验步骤。将气垫导轨放在水平桌面上
8、，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平。用游标卡尺测量挡光条的宽度l9.30 mm。由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s cm。实验基础热点突破随堂演练将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2。从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间t1和t2。用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。(2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式 滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1 和v2 。当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1 和
9、Ek2 。实验基础热点突破随堂演练在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少Ep (重力加速度为g)。(3)如果Ep ，则可认为验证了机械能守恒定律。解析 由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离 s80.30 cm20.30 cm60.00 cm。由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度看作瞬时速度，挡光条的宽度 l 可用游标卡尺测量，挡光时间 t 可从数字计时器读出，因此，滑块通过光电门的瞬时速度为 lt，则通过光电门 1 时瞬时速度为 lt1，通过光电门 2 时瞬时速度为 lt2。实验基础热点突破随堂演练由于质量事先已用天平测出，由公式 Ek12mv2，可得：滑块通
10、过光电门 1 时系统动能 Ek112(Mm)(lt1)2，滑块通过光电门 2 时系统动能 Ek212(Mm)(lt2)2。末动能减初动能可得动能的增加量。两光电门中心之间的距离 s 即砝码和托盘下落的高度，系统势能的减小量 Epmgs，最后对比 Ek2Ek1 与 Ep 数值大小，在误差允许的范围内相等，就验证了机械能守恒定律。答案(1)60.00(59.9660.04)(2)lt1 lt2 12(Mm)(lt1)2 12(Mm)(lt2)2 mgs(3)Ek2Ek1 实验基础热点突破随堂演练【变式训练】2.(2016广东广州执信中学期中)如图6甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家
11、阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示。图6 实验基础热点突破随堂演练(1)实验时，该同学进行了如下操作：将质量均为M(A的含挡光片、B的含挂钩)的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态。测量出 (填“A的上表面”、“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h。在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统(重物A、B以及物块C)中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为t。测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律。(2)如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的
12、关系式为 (已知重力加速度为g)。实验基础热点突破随堂演练(3)引起该实验系统误差的原因有_(写一条即可)。(4)验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a随m增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：写出a与m之间的关系式：(还要用到M和g)。a的值会趋于_。实验基础热点突破随堂演练答案(1)挡光片中心(2)mgh12(2Mm)(dt)2(3)绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等(4)amg2Mmg2Mm 1 重力加速度 g实验基础热点突破随堂演
13、练1.(2015浙江理综，21)甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验。图7(1)图7中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在图中 选 用 的 器 材 ；乙 同 学 需 在 图 中 选 用 的 器材 。(用字母表示)实验基础热点突破随堂演练图8(2)某同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图8所示的两条纸带和。纸带 的加速度大(填“”或“”)，其加速度大小为 。实验基础热点突破随堂演练解析(1)“验证机械能守恒定律”一般采用重锤自由落体运动，使用纸带法测速度，所以要用到重锤和电火花打点计时器，即 A、B；“探究加速度与力、质量的关系
14、”实验一般以小车为研究对象，需改变小车质量，要用到纸带法测加速度，所以需要电火花计时器、小车、钩码，即 B、D、E。(2)纸带相邻相等时间位移之差 s10.1 cm，而纸带的 s20.05 cm，由 asT2可知纸带加速度大，且可算得 asT20.11020.022m/s22.5 m/s2。答案(1)AB BDE(2)(2.50.2)m/s2 实验基础热点突破随堂演练2.“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用如图9所示的甲或乙方案来进行。图9 实验基础热点突破随堂演练(1)比较这两种方案，(填“甲”或“乙”)方案好些。(2)该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带。请指出该同学在实验
15、操作中存在的两处明显错误或不当的地方：_；_。(3)该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁所示。已知相邻两个计数点之间的时间间隔T0.1 s。则物体运动的加速度a ；该纸带是采用 (填“甲”或“乙”)实验方案得到的。实验基础热点突破随堂演练解析(3)由saT2，利用逐差法得到物体运动的加速度a4.8 m/s2。若用自由落体实验测得物体运动的加速度a应该接近10 m/s2，所以该纸带是采用乙实验方案得到的。答案(1)甲(2)打点计时器接了直流电源 重物离打点计时器太远(3)4.8 m/s2 乙 实验基础热点突破随堂演练3.(2016江西六校模拟)用如图10所示的实验装置验证机械能
16、守恒定律。实验所用的电源为学生电源，输出电压有交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图10 实验基础热点突破随堂演练(1)下列几个操作步骤中：A.按照图示，安装好实验装置；B.将打点计时器接到电源的“交流输出”上；C.用天平测出重锤的质量；D.先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点；E.测量纸带上某些点间的距离；F.根据测量的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。没有必要的是 ，操作错误的是 。(填步骤前相应的字母)实验基础热点突破随堂演
17、练(2)使用质量为m的重锤和打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，在选定的纸带上依次取计数点如图11所示，纸带上所打的点记录了重锤在不同时刻的位置，那么纸带的 (填“左”或“右”)端与重锤相连。设打点计时器的打点周期为T，且0为打下的第一个点。当打点计时器打点“3”时，重锤的动能表达式为 ，若以重锤的运动起点0为参考点，当打点“3”时重锤的机械能表达式为 。图11 实验基础热点突破随堂演练解析(1)在此实验中不需要测出重锤的质量，所以选项 C 没必要；在实验室应该先接通电源，再释放纸带，所以选项 D 错误。(2)因为是自由落体运动，下落的距离应该是越来越大，所以纸带最左端与重锤相连。打点“3”时的瞬时速度 v3s4s22T，重锤动能的表达式 Ek12mv2312m(s4s22T)2m（s4s2）28T2，重锤重力势能的表达式 Epmgs3，重锤机械能的表达式 EEpEkmgs3m（s4s2）28T2。答案(1)C D(2)左端 m（s4s2）28T2 mgs3m（s4s2）28T2