1、实验原理：由纸带记录重物的运动，并得到下落高度为h时，重物的瞬时速度v。比较自由下落过程中，减少的重力势能mgh和增加的动能1/2mv2，在实验误差允许的范围内是否相等，若相等，则验证了机械能守恒。1.实验目的是什么?2.实验原理是怎样的？3.实验中选用重物的要求是什么？是否需要测出物块的质量？还需要哪些器材？实验目的：验证机械能守恒定律。选用质量大体积小的重物；不需要测出物体的质量。铁架台（含铁夹）、计时器（电火花计时器或电磁打点计时器）、学生电源、纸带及复写纸片、导线、毫米刻度尺。学案5 实验六：验证机械能守恒定律2.把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器限位孔，用手竖直提
2、起纸带使重物停靠在打点计时器附近。3.先接通电源，后松手让重物带着纸带自由下落。4.重复几次，得到35条打上点的纸带。5.在打出的纸带中挑选出一条点迹清晰，且第1、2两打点间距离接近2mm的纸带，在第一个打点上标出O，并从稍靠后的某一点开始，依次标出1、2、3、4、，并量出各点到位置O的距离h1、h2、h3、h4、，并记入表格中。6.用公式vn=(hn+1-hn-1)/(2T)计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3、v4、，并记录在表格中。一、实验步骤图5-5-11.按图5-5-1把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。各打点123456下落高度hn/m速度vn/(m
3、s-1)mghn/J(1/2)mvn2/J结论二、注意事项1.应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力，采取的措施有：(1)铁架台应竖直安装，可使纸带所受阻力减小；(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，可使空气阻力减小。2.应先打开电源，让打点计时器开始打点稳定后，再放开纸带让重物下落。3.选取纸带的原则是：(1)点迹清晰；(2)所打点呈一条直线；(3)第1和第2两打点间距离接近2 mm。7.计算打各点时重力势能的减少量mghn和动能的增加量(1/2)mvn2，并进行比较，看是否相等。将计算数值填入表格中。三、误
4、差分析1.本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量(1/2)mv2稍小于重力势能的减少量mgh，这是不可避免的，这属于系统误差，改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。2.本实验的另一个误差来源于长度的测量，属于偶然误差，可以通过改变长度的测量方法，或者多次测量取平均值来减小误差。例1图5-5-2为验证机械能守恒定律的实验装置示意图5-5-2。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有。（填入正确选项前的字母）A.米尺B.秒表 C.012 V
5、的直流电源D.012 V的交流电源（2）实验中误差产生的原因有。（写出两个原因）图5-5-2实验需要测量下落到某处时物体的速度因此需要给电磁打点计时器提供低压交流电源，用毫米刻度尺测量点间的距离，故A、D正确。实验中存在的误差主要是摩擦阻力存在引起误差和测量时的读数误差。纸带和打点计时器之间有摩擦；AD用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差例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5-5-3所示(1)将气垫导轨放在水平桌面上，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l，结果如图5-5-4所示，由此读出l=_mm；由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x=_mm
6、；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；从数字计数器(图5-5-3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。图5-5-3图5-5-4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当作瞬时速度，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，滑块过光电门的瞬时速度为l/t，由于质量事先已用天平测出，所以，滑块的动能就是已知量了。测出动能的增加值，测出重力势能的减少值，在误差允许范围内相等，就验证了机械能守恒定律。(1)9.30
7、 60.00(答案在59.9660.04之间的，也算对)(2)l/t1l/t2 (1/2)(M+m)(l/t1)2 (1/2)(M+m)(l/t2)2 mgx (3)Ek2-Ek1(2)用表示直接测量的量的字母写出下列所示物理量的表达式：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Ek2=_。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。1.关于验证机械能守恒定律实验，下面列出一些实验步骤：A.用
8、天平称出重物和夹子的质量B.将重物系在夹子上C.将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系有重物的夹子上，再把纸带向上拉，让夹子静止靠近打点计时器处D.把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6V(电源暂不接通)E.把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上F.在纸带上选取几个点，进行测量并记录数据G.用秒表测出重物下落时间H.接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带I.切断电源J.更换纸带，重新进行两次实验K.在三条纸带中，选出较好的一条L.进行计算，得出结论，完成实验报告M.拆下导线，整理器材对于本实验以上步骤中，不必要的有_；正确步骤的合理顺序
9、是_(填写代表字母)。A GEDBCHIJKFLM根据实验原理和操作步骤可知不必要的有A、G；正确步骤的合理顺序是E、D、B、C、H、I、J、K、F、L、M。2.某同学利用图5-5-5所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）。从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图5-5-6所示。打点计时器电源的频率为50 Hz。（1）通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点和之间某时刻开始减速。（2）计数点5对应的速度大小为m/s，计数点6对应的速度大小为m/s。（保留三位有效数字）。
10、（3）物块减速运动过程中加速度的大小为a=m/s2，若用a/g来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g为重力加速度），则计算结果比动摩擦因数的真实值（填“偏大”或“偏小”）。6图5-5-6图5-5-57偏大1.001.202.002.某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是()A.把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源B.将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度C.先释放纸带，再接通电源D.更换纸带，重复实验，根据记录处理数据C由于摩擦阻力的存在，重力势能的减少一部分转化为内能，故重力势能减少大于动能增加。应先接通电源，后释放纸带，以保证打第一点时纸
11、带的初速度为零。1.在做“验证机械能守恒定律”实验时,发现重物减少的势能总是大于重物增加的动能,造成这种现象的原因是()A.选用的重物质量过大B.选用的重物质量过小C.空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力D.实验时操作不太细,实验数据测量不准确C3.如图5-5-7所示装置可用来验证机械能守恒定律。摆锤A拴在长为L的轻绳一端，另一端固定在O点，在A上放一个小铁片，现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向角，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x、下落高度H。(1)要验证摆锤在运动中机械能守恒,必须求出摆锤初始位
12、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的速度，其速度应为_。(2)用实验中测量的物理量，写出证明摆锤在运动中机械能守恒的关系式为_。图5-5-7x2/(4H)=L(1-cos)L(1-cos)4.如图5-5-8所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律。(1)若选定物块A从静止开始下落的过程中进行测量，则需要测量的物理量有_。(填入选项前的编号)物块的质量m1、m2；物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；物块B下落的距离及下落这段距离所用的时间；绳子的长度。(2)为提高实验结果的准确程度，某
13、小组同学对此实验提出以下建议：绳的质量要轻；在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；两个物块的质量之差要尽可能小。以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_。(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：_ _。绳；“绳和滑轮尽量光滑”等等图5-5-8或“对同一高度进行多次测量取平均值”；选取受力后相对伸长量小的 (1)要验证机械能守恒定律，物体质量、物体速度及变化高度都要测量，要测速度，时间是关键量，、选项测量一个即可，因此选或。（2）绳的质量在计算中不考虑，因此绳的质量要轻。尽量保持在竖直方向运动，不要摇晃，因为计算的是竖直方向的速度，如果
14、摇晃，水平方向有速度，就有机械能损失。绳子应适当长些，并不是越长越好，两个物块质量差要适当小些，不是尽可能小。所以选。（3）实验中测量阻力、弹性势能都影响结果的准确程度，所以“对同一高度进行多次测量取平均值”“选取受力后相对伸长量小的绳”“绳和滑轮尽量光滑”对提高结果准确程度有益。5.利用图5-5-9所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。a.用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v=gt计算出瞬时速度v。b.用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v=计算出瞬时速度v
15、。c.根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度，并通过计算出高度h。d.用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度v，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v。以上方案中只有一种正确，正确的是_。(填入相应的字母)d图5-5-9在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g，只能把它当做未知的定值，所以正确方案只有d项。6.在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g=9.80 m/s2，测得所用的重物的质量为1.00 kg，实验中得到一条点
16、迹清晰的纸带(如图5-5-10)把第一个点记作O，选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm，根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于 _J，动能的增加量等于_ J(取三位有效数字)。7.56图5-5-107.62根据测量数据，重物从O点运动到C点下落的高度h=OC0.7776 m，故重力势能减少量mgh=1.009.800.777 6 J 7.62 J重物动能的增量Ek1/2mv2C-1/2mv20根据实验情况，重物在O点的速度v0=0，C点的速度为vC，等
17、于重物从B点到D点这一段时间t=21/50 s内的平均速度。由实验数据可得vC=BD/t=(0.857 3-0.7018)/(21/50)m/s3.898 m/s物体的动能增加量Ek=1/2mv2C=1/21.003.8982 J7.56 J。7.现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图5-5-11所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t。用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光
18、片的宽度，x表示A、B两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。完成下面填空和作图：图5-5-11(1)若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能减少量可表示为_，动能的增加量可表示为_。若在运动过程中机械能守恒1/t2与x的关系式为1/t2=_。(Mh/d-m)gx(1/2)(M+m)b2/t2(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A点)下滑，测量相应的x与t值。如下表所示：以x为横坐标，1/t2为纵坐标，在如图5-5-12所示的位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k=_104m-1s-2(保留三位有效数字)。由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出1/t2-x直线的斜率k0，将k和k0进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律。图5-5-1212345x(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms)8.227.176.445.855.431/t2(104s-2)1.481.952.412.923.392.36
