必修2学案第7章机械能守恒定律第9节

第节实睑睑证机械能守恒定律9震前自主旋理「「自主堂市掌握新知；阅读教材第页，知道实验原理、实验器材、实验步骤及数据处理79〜80实验目的会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度

1.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法

2.实验原理让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒方案一以物体自由下落的位置为起始点，测出物体下落高度力时的速度大小，若O=m成立,则可验证物体的机械能守恒方案二测出物体下落高度人过程的初、末时刻的速度、、的计算方法与方案一的12,12相同若关系式%就一儿济=也也成立，则物体的机械能守恒实验器材铁架台（带铁夹）、电磁打点计时器、重锤（带纸带夹子）、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源实验过程一实验步骤.安装置按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路1计儡信打纸带将纸带的一端用夹子固定在重物上；另一端穿过打点计时器的

2.接电源限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方先接通电源,・重锤后松开纸带，让重物带着纸带自由下落更换纸带重复做次实验3〜5选纸带选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为的纸带,把纸带

3.2mm上打出的两点间的距离为的第一个点作为起始点，记作在距离点较远处再依次选出2mm O,O计数点、、123…….测距离用刻度尺测出点到、、的距离，即为对应下落的高度历、历、例……

二、4123……数据处理计算各点对应的瞬时速度记下第个点的位置在纸带上从离点适当距离开始选

1.1O,电门1和2之间的距离为

0.54m,gm

9.80m/s2,取滑块经过光电门时的速度为其平均速度图10滑块经过光电门时的速度V1=通过光电门时的速度11m/s,202=m/so

5.00X10-2解析m/s=

1.00m/s

5.00X10-2⑵滑块通过光电门、之间的动能增加量为重力势能的减少量为12J,JoL

5.00X10-2石=动能增加量02=

2.00*10-2m/s=

2.50m/s2A Ek=1x

2.00X

2.502-

1.002J=

5.25J重力势能的减少量A E=

2.00X

9.80X

0.54X sin30°J=

5.29Jp答案

11.

002.

5025.

255.29取几个计数点、、并测量出各计数点到点的距离用、h

2、h3……再根据公式为=〃0T〃，123……0计算出

12、

01、

02、

03、V

4.....Vno机械能守恒验证

2.方法一利用起始点和第〃点从起始点到第〃个计数点，重力势能减少量为〃，动能增加量为；加房，计算儿和右扁如mg/2g乙乙果在实验误差允许的范围内g〃=s,则机械能守恒定律得到验证方法二任取两点A、Bo从A点到B点，重力势能减少量为根g/M—H2g%,动能增加量为嬴*—J72房，计算和品g/2A3,如果在实验误差允许的范围内然=;而一或，则机械能守恒定律得到验证3方法二图象法计算各计数点以为纵轴，以各计数点到第一个点的距离人根据/A42实验数据绘出右力图线若在误差许可的范围内图象是一条且斜率2_为区的直线，则验证了机械能守恒定律误差分析在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差

1.重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能,下落高度越大，机械能损失越多，所以实

2.验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差

3.注意事项应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施

1.有安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力1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，2使空气阻力减小纸带选取:

2.以第一个点为起点时，要验证的是［小房=加的〃，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释1X10X

0.022m=2mmo以下落中某点为起点时，要验证的是根端一弓加房=帆心〃，这时选择纸带不需要满足两点25间距为2mm计算速度时不能用=/或丽，否则就犯了用机械能守恒定律去验证

3.机械能守恒的■H3合作探究核心突破”n实验原理与操作要点错误课堂互动探知J［精典示例］［例］如图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11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:打点计时器一纸巾接电源土O重锤⑴为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有填入正确选项前的字母OA.米尺B.秒表的直流电源C.0~12VD.0〜12V的交流电源IA.按照图示的装置安装器材B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上C.用天平测出重锤的质量D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带E.测量纸带上某些点间的距离⑵下面列举了该实验的几个操作步骤: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其中操作不当的步骤是⑶实验中误差产生的原因有_______________________________________________________写出两个原因利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度的数值根据打出的纸带，选取纸带上连续的4五个点、B、、D、E,测出各点之间的距离如图所示使用交流电源的频率为力则计算重锤A C2下落的加速度的表达式=用、、尤、及/表示o XIX23X4解析为完成此实验，除了所给的器材外，测量需要米尺，电源需要的交流电源1〜12V2其中操作不当的步骤是将打点计时器接到电源的“直流输出”上，打点计时器需要交流电源纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计3算势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定⑷由八二〃!2得1与+X4-XI—X2X3+X4-XI—X2答案纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上点的位置时1AD2B3读数有误差；计算势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定13+工4—实验数据的处理［精典示例］［例］全国卷某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的22016・I3电源为交流电源，可以使用的频率有、和打出纸带的一部分如图乙所示该20Hz30Hz40Hz,同学在实验中没有记录交流电的频率力需要用实验数据和其他条件进行推算打点计时器图3若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用/和图乙中给出的物理量可以写出在打点计时1器打出B点时，重物下落的速度大小为，打出点时重物下落的速度大小为，重物下落的加速度大小为2已测得si=

8.89cm,52=

9.50cm,53=

10.10cm；当地重力加速度大小为

9.80m/s2,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的由此推算出了为1%O Hzoellk」、,f I.I1S1+S2S1+S

2、、T TJL斛析两点间时间间隔为T=],2T=，同理1VB=_2oc=—VI户的加速度的大小为a=:尸S3—S]S1+S2于~~2S2+S3于~~253-S1答案12鳏时达标训练务课堂达标自反馈检测自240⑵据mg—

0.0\mg=ma和a=----------\----------，代入数据可得了为40Hzo甲同学准备做“验证机械能守恒定律”的实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”

1.的实验图中、、、、表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材有；乙同学需在图14A BC DE中选用的器材有用字母表示图4（）乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图所示的两条纸带

①和

②纸带（选25填“

①”或

②）的加速度大，其加速度大小为O

①・••・••T|nnjnn|nnjnii|nnpnT|nnpnT|Tni|nn|nnjnn|nnjnn|nnjniT[nnjTnT|nTr29303132333435363738cm•・・

②•••nu i|iii[iiii|iii[iiii|iiiiTinjnniiii|iii]iiii|iiiijiiii|iiii||||川||||||川|叫川282930313233343536cm图5答案

（1）A、B B、D、E

（2）

①

2.50m/s2（

2.48〜

2.52m/s2均可）在“验证机械能守恒定律”的实验中

2.⑴从下列器材中选出实验所必须的，其编号为O打点计时器（包括纸带）重锤A.B.天平毫米刻度尺C.D.秒表（或停表）运动小车E.F.（）进行实验时，为保证重物下落时初速度为零，应2o先接通电源，再释放纸带A.先释放纸带，再接通电源B.（）下列说法中正确的是3o实验中用打点计时器时，一定用到低压直流电源A.选用重物时，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好B.要选用第、两点距离接近的纸带C.122mm实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减少量D.解析

（1）打点计时器（含纸带）、重锤是必须的，为了测量计数点的距离，需要毫米刻度尺；因为是比较加、的大小关系，故机可约去，不需要测出重物的质量，不需要用天平；打点计时g/z器本身可以计算时间，所以不需要秒表，实验用的是重锤，不需要运动小车故选、、A BDo（）开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放纸带，让它带着纸带一同落下这样2有利于数据的采集和处理，减少实验误差故选A（）电火花计时器不用低压电源，电磁打点计时器用低压交流电源，故错误；为了减小空气阻3A力的影响，在选择重物时，要选择密度大的，即选择质量大体积小的重物，正确；由公式B/1=二产可知，若开始第、两点间的距离为则打第个点时的速度为零，这样只需比较122mm,1g爪的大小关系即可，实验方便，正确；由于空气阻力和纸带与计时器摩擦的影响，实验结果5c总是动能增加量略小于重力势能的减少量，故正确D答案lABD2A3BCD•郑州高一检测如图是利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验装置

3.20236打点计时器一纸巾III接电源土工子・重锤TT图6在验证机械能守恒定律的实验中，没有必要进行的操作是1用天平测重物的质量A.用秒表测重物下落的时间B.用打点计时器记录重物下落的信息C.用纸带记录测量重物下落的高度D.⑵该实验所用打点计时器的电源频率为如图所示，、B、为纸带中选取的三个计数50Hz,7A点，每两个计数点之间还有个点未画出，则每两个计数点之间的时间间隔打点计时器在打4T=s,下计数点时，物体的下落速度为办=小数点后保留两位有效数字5m/So单位:^-

18.

728.40cm图73由于该实验中存在阻力做功，所以实验测得的重物的重力势能的减少量_________选填“V”“”或“=动能的增加量解析因为我们是比较加的大小关系，故加可约去比较，不需要测出重物的质量，故错误；1A我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故错误；用打点计时器可以记录重物下落B的时间和高度，故正确；用纸带记录测量重物下落的高度，故正确C D每两个计数点之间还有个点未画出，则每两个计数点之间的时间间隔根据匀247=

0.1So变速直线运动的规律中间时刻速度等于这段时间中的平均速度得乎=tAC5=

2.36m/so由于纸带通过时受到较大的阻力和重物受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化为摩擦3产生的内能，所以重力势能的减少量明显大于动能的增加量答案1AB

20.

12.363某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端

4.部分剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是打点计时器工作频8cm率为重力加速度取重物质量为相50Hz,g

9.8m/s2,省，

12.？g

2.

83.

23.

64.

04.3图8⑴重物在点时的速度,在点时的速度3=,此过程中动能增加量△反=，重力势能减少量202=5由以上可得出实验结论AEp=o⑵根据实验判断下列图象正确的是其中△瓜表示重物动能的变化量，h表示重物下落的高A

2.8+

3.2X10-2解析⑴根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在点时的速度202=2X

0.02度和重物在点时的速度所以动能增加m/s=L50m/s5m/s=

2.075m/s,Z AU.UZ量为△瓜=/公一品质=

1.03机1，重物从2点到5点，重力势能减少量为^E—mghis—mX

9.8X

3.2+

3.6+

4.0X10-2J=

1.06mJ,由以上可得出实验结论为在误差允许的范围内，机械能守恒重物机械能守恒，应有重物减少的重力势能转化为增加的动能，即可见重物增2AEk=mgA/z,加的动能与下落的距离成正比，选项正确C答案在误差允许的范围内，机械能守恒

11.50m/s

2.075m/s

1.03mJ

1.06mJ2C•青岛高一检测利用如图所示实验装置来验证机械能守恒定律通过电磁铁控制的小

5.20239铁球从点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门时，毫秒计时器图中未画出记录下小A8铁球的挡光时间上实验前调整光电门位置，使小球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光电门，当地重力加速度为g电磁铁^=^-A光电门鸟图9为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量的物理量是1点距地面的高度A.A H、之间的距离B.A8/z小铁球从到B的下落时间tABC.A小铁球的直径D.d小铁球通过光电门时的瞬时速度=；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等2式是否成立即可用实验中测得物理量的符号表示解析根据实验原理可知，需要测量的是点到光电门的距离，故错误，正确；利用小1A BA B球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，故错误；利用小球通过光C电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道挡光物体的尺寸，因此需要测量小球的直径，故正确D⑵利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故根据机械能守恒的表达式有mgh—^mv2,可得器=隼/或#=2ghF,故只要验证=塞//或〃=即可q2g/zP答案=海或心序1BD2y=2g现利用如图所示装置验证机械能守恒定律图中是固定的光滑斜面，斜面的倾角为

6.1030°,1和是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出让滑块从2斜面的顶端滑下，光电门

1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为

5.00X10-2S^

2.00X10-2S O已知滑块质量为

2.00kg,滑块沿斜面方向的长度为

5.00cm,光。