1、实验6 验证机械能 守恒定律,实验溯本求源实验热点探究课时巩固训练,三、实验器材 铁架台(含铁夹),打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,导线,毫米刻度尺,重物(带纸带夹). 四、实验步骤 1.安装、准备:按如图S6-2所示装置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.把纸带的一端用夹 子固定在重物上,另一端穿过计时器限位孔,用手竖直提起纸带 使重物停靠在打点计时器附近.,图S6-2,热点一 实验原理与实验操作,例1 图S6-3为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为:带铁夹的铁架台、电火花计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平.回答下列问题: (1)为完成此实验,除
2、了所给的器材外,还需要的器材有(填入正确选项前的字母); A.毫米刻度尺 B.秒表 C.220 V的直流电源 D.220 V的交流电源,图S6-3,(2)部分实验步骤如下: A.接通电源,待打点计时器工作稳定后放开纸带 B.将重锤静止靠在打点计时器附近,手提纸带的上端 C.关闭电源,取出纸带 D.把打点计时器固定在铁夹上,让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是: . (3)写出本实验产生误差的一个原因: .,变式 某实验小组用如图S6-4甲所示装置研究系统在金属轨道上运动过程中机械能是否守恒:将一端带有滑轮的长金属轨道水平放置,重物通过细绳水平牵引小车沿轨道运动,利用打点计时器和纸带记录小
3、车的运动.,图S6-4,(1)本实验中小车质量 (选填“需要”或“不需要”)远大于重物质量; (2)将小车靠近打点计时器,将穿好的纸带拉直,接通电源,释放小车.图乙是打出的一条清晰纸带,O点是打下的第一个点,1、2、3、4、5是连续的计数点,O点和计数点1之间还有多个点(图中未画出),相邻计数点间的时间间隔为0.02 s.在打计数点4时小车的速度v= m/s.若已知重物的质量为m,小车的质量为M,则从点O到点4的过程中,系统减少的重力势能为 J,增加的动能为 J.(g取9.8 m/s2,结果均保留两位小数),特别提醒 (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.
4、(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,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.,热点二 数据处理与误差分析,例2 某同学安装如图S6-5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,已知电火花计时器每隔0.02 s打一个点.,图S6-5,丙,变式 甲实验小组利用图S6-6(a)装置验证机械能守恒定律.将小钢球从轨道的不同高度h处由静止释放,斜槽轨道水平末端离落点的高度为H,钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.(g取10 m/s2)
5、(1)若轨道完全光滑,s2与h的理论关系应满足s2= (用H、h表示). (2)图(b)中图线为根据实验测量结果描点作出的s2-h关系图线;图线为根据理论计算得到的s2-h关系图线.对比实验结果,发现自同一高度由静止释放的钢球,实际水平抛出的速率 (选填“小于”或“大于”)理论值.造成这种偏差的可能原因是 .,乙实验小组利用同样的装置通过频闪照相探究平抛运动中的机械能守恒.将质量为0.1 kg的小钢球A由斜槽某位置由静止释放,由频闪照相得到如图(c)所示的小钢球位置示意图,O点为小钢球的水平抛出点. (3)根据小钢球位置示意图可以判断闪光间隔为 s. (4)以O点所在水平面为零势能面,小钢球A
6、在O点的机械能为 J;小钢球A在C点时的重力势能为 J,动能为 J,机械能为 J.,图S6-6,热点三 同类实验拓展与创新,例3 如图S6-7甲所示的装置叫作阿特伍德机,是英国数学家和物理学家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.(已知重力加速度为g) (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 (选填“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
7、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, 应满足的关系式为 . (3)引起该实验系统误差的原因有 (写一条即可).,图S6-7,(3)通过(1)、(2)的实验数据,可以得出的结论是:小球与地球组成的系统机械能 (选填“守恒”“不守恒”或“无法判断是否守恒”),(2)中小球离A点的距离h(选填“大于”“小于”或“等于”)h1.,1.2016拉萨中学月考 小明同学采用如图S6-9甲所示的装置进行“验证机械能守恒定律”实验.,图S6-9,(1)除了图甲装
8、置中的器材之外,还必须从图乙中选取实验器材,其名称是 . (2)指出图甲装置中不合理的地方(一处) . (3)小明同学得到了如图丙所示的一条纸带,读出0、4两点间的距离为 cm. (4)已知打点计时器的电源频率为50 Hz,打下计数点5时纸带速度的大小为 (保留2位有效数字)m/s.,2.如图S6-10甲所示为“验证机械能守恒定律”的实验装置图. (1)本实验中,下列器材中不必要的是 . A.天平 B.交流电源 C.秒表 D.打点计时器,图S6-10,3.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律,频闪仪每隔0.05 s闪光一次,图S6-11所标数据为实际距离,该同学通过计算得到不同时
9、刻的速度如下表.(当地重力加速度g取9.8 m/s2,小球质量m=0.4 kg,结果保留3位有效数字) (1)由频闪照片上的数据计算t5时刻 小球的速度v5= m/s. (2)从t2到t5时间内,重力势能增量Ep= J,动能减少量ek= J. (3)在误差允许的范围内,若Ep与Ek近似相等,即可验证机械能守恒定律.由上述计算得Ep (选填“”“”或“=”)Ek,造成这种结果的主要原因是 .,图S6-11,4.利用如图S6-12甲实验装置探究重锤下落过程中重力势能与动能的转化问题.,甲,乙,丙,图S6-12,(1)图乙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点.分别测出若干连续点A、
10、B、C与O点之间的距离h1、h2、h3已知打点计时器的打点周期为T,重锤质量为m,重力加速度为g,可得重锤下落到B点时的速度大小为 . (2)取打下O点时重锤的重力势能为零,计算出该重锤下落不同高度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,根据以上数据在图丙中绘出图线和图线.已求得图线斜率的绝对值k1和图线的斜率k2.重锤和纸带在下落过程中所受平均阻力与重锤所受重力的比值为 (用k1和k2表示).,5.如图S6-13所示实验装置可以用来验证机械能守恒定律,左侧重物A带有挡光片,其总质量为m,右侧重物B质量为M,两重物由跨过轻质光滑定滑轮的细绳相连;与光电门
11、相连的数字毫秒计可以测量挡光片经过光电门时的挡光时间,挡光片的宽度用b表示.挡光片到光电门之间的距离用h表示.挡光片通 过光电门的平均速度近似看作挡光片通过光电门的瞬时 速度,实验时重物从静止开始运动.重物B的质量M大于A 和挡光片的总质量m.,图S6-13,(1)在实验过程中,与光电门相连的数字毫秒计记录的挡光片的挡光时间为t,则挡光片通过光电门的瞬时速度可表示为v= . (2)重物从静止开始运动,当挡光片经过光电门位置时,A和B组成的系统动能增加量可表示为Ek= ,系统的重力势能减少量可表示为Ep= ,在误差允许的范围内,若Ek=Ep,则可认为系统的机械能守恒. (重力加速度为g) (3)为了减小偶然误差,多次改变挡光片到光电门之间的距离 h,作出v2-h图像(如图S6-14所示),并测得该图像的斜率为k,则 重力加速度的表达式为 .,图S6-14,6.用自由落体法验证机械能守恒定律,器材安装如图S6-15甲所示.,甲,图S6-15,图S6-16,
