2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機械能及其守恒定律 實驗6 驗證機械能守恒定律學(xué)案 新人教版

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1、 實驗六　驗證機械能守恒定律 (對應(yīng)學(xué)生用書第97頁) 一、實驗?zāi)康? 驗證機械能守恒定律． 二、實驗原理 1．在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能保持不變．若物體某時刻瞬時速度為v，下落高度為h，則重力勢能的減少量為mgh，動能的增加量為mv2，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗證了機械能守恒定律． 2．速度的測量：做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度等于相鄰兩點間的平均速度vt＝2t.計算打第n個點瞬時速度的方法是：測出第n個點的相鄰前后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離xn和xn＋1，由公式vn＝或vn＝算出，如圖實-6-1所示．

2、 圖實-6-1 三、實驗器材 鐵架臺(含鐵夾)、打點計時器、學(xué)生電源、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、重物(帶紙帶夾)． 四、實驗步驟 1．儀器安裝 按圖實-6-2所示將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路． 圖實-6-2 2．打紙帶 將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方．先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落．更換紙帶重復(fù)做3～5次實驗． 3．選紙帶 分兩種情況說明 (1)如果根據(jù)mv2＝mgh驗證時，應(yīng)選點跡清晰，打點成一條直線，且1、2兩點間距離小于或接近2 mm的

3、紙帶．若1、2兩點間的距離大于2 mm，這是由于先釋放紙帶，后接通電源造成的．這樣，第1個點就不是運動的起始點了，這樣的紙帶不能選． (2)如果根據(jù)mv－mv＝mgΔh驗證時，由于重力勢能的變化是絕對的，處理紙帶時，選擇適當(dāng)?shù)狞c為基準(zhǔn)點，這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否為2 mm就無關(guān)緊要了，所以只要后面的點跡清晰就可選用． 五、數(shù)據(jù)處理 1．求瞬時速度 由公式vn＝可以計算出重物下落h1、h2、h3…的高度時對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3、… 2．驗證守恒 方法一：利用起始點和第n點計算，代入ghn和v，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghn＝v，則說明機械能守恒定律是正確的

4、． 方法二：任取兩點A、B測出hAB，算出ghAB和的值，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghAB＝v－v，則說明機械能守恒定律是正確的． 方法三：圖象法，從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出v2-h圖線．若在誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒． 六、誤差分析 1．系統(tǒng)誤差 本實驗中因重錘和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量ΔEk稍小于重力勢能的減少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差，改進(jìn)的方法是調(diào)整器材的安裝，

5、盡可能地減小阻力． 2．偶然誤差 本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬于偶然誤差．減小誤差的方法是測下落距離時都從O點測量時，一次將各打點對應(yīng)的下落高度測量完，或者多次測量取平均值． 七、注意事項 1．應(yīng)盡可能控制實驗條件，即應(yīng)滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有： (1)安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小摩擦阻力． (2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重錘，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小． 2．實驗中，提紙帶的手要保持不動，且保證紙帶豎直，接通電源后，打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶． 3．驗

6、證機械能守恒時，可以不測出重錘質(zhì)量，只要比較v和ghn是否相等即可驗證機械能是否守恒． 4．測量下落高度時，為了減小測量值h的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點遠(yuǎn)一些，紙帶也不易過長，有效長度可在60 cm～80 cm之間． 5．速度不能用vn＝gtn或vn＝計算，否則犯了用機械能守恒定律驗證機械能守恒的錯誤. (對應(yīng)學(xué)生用書第98頁) 考點一| 實驗原理與操作 　在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，電源的頻率為50 Hz，依次打出的點為0,1,2,3,4…n.則： 圖實-6-3 (1)如用第2點到第6點之間的紙帶來驗證，必須直接測量的物理量為________

7、_______________、_______________、________________________，必須計算出的物理量為____________________、____________________，驗證的表達(dá)式為_______________________． (2)下列實驗步驟操作合理的排列順序是________．(填寫步驟前面的字母) A．將打點計時器豎直安裝在鐵架臺上 B．先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落 C．取下紙帶，更換新紙帶(或?qū)⒓垘Х瓊€面)重新做實驗 D．將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點計時器，用手提著紙帶 E．選擇一條紙帶，用刻度尺測

8、出物體下落的高度h1，h2，h3，…h(huán)n，計算出對應(yīng)的瞬時速度v1，v2，v3，…vn F．分別算出mv和mghn，在實驗誤差范圍內(nèi)看是否相等 [解析](1)要驗證從第2點到第6點之間的紙帶對應(yīng)重物的運動過程中機械能守恒，應(yīng)測出第2點到第6點的距離h26，要計算第2點和第6點的速度v2和v6，必須測出第1點到第3點之間的距離h13和第5點到第7點之間的距離h57，機械能守恒的表達(dá)式為mgh26＝mv－mv. (2)實驗操作順序為ADBCEF. [答案](1)第2點到第6點之間的距離h26 第1點到第3點之間的距離h13 第5點到第7點之間的距離h57 第2點的瞬時速度v2　第6點

9、的瞬時速度v6 mgh26＝mv－mv (2)ADBCEF (2016·北京高考改編)利用圖甲裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗． 甲 (1)為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的________． A．動能變化量與勢能變化量 B．速度變化量和勢能變化量 C．速度變化量和高度變化量 (2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________． A．交流電源 B．刻度尺 C．天平(含砝碼) (3)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖乙所示的一條紙帶．在紙帶上選取三個連續(xù)打出的

10、點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC. 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T.設(shè)重物的質(zhì)量為m.從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝________，若測動能變化量應(yīng)先測出B的速度vB＝________.故ΔEk＝________. 乙 (4)大多數(shù)學(xué)生的實驗結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是________． A．利用公式v＝gt計算重物速度 B．利用公式v＝計算重物速度 C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 D．沒有采用多次實驗取平均值的方法 [解析](1)在“驗證機械能守恒定律”實驗中，重物下落，重力勢

11、能減少，動能增加，要驗證機械能是否守恒，需比較重物下落過程中任意兩點間的動能變化量與勢能變化量大小是否相等，故選A. (2)實驗時用到電磁打點計時器，則必須使用交流電源．在計算動能和勢能變化量時，需用刻度尺測量位移和重物下落高度．在比較動能變化量和勢能變化量是否相等時需驗證m(v－v)＝mgh是否成立，而等式兩邊可約去質(zhì)量m，故不需要天平．故選A、B. (3)重力勢能改變量為ΔEp＝－mghB，由于下落過程是勻加速直線運動，所以根據(jù)中間時刻的速度等于這段時間內(nèi)的平均速度可得B點的速度為vB＝，所以動能變化量 ΔEk＝mv＝m2. (4)重物在下落過程中，除受重力外還存在空氣阻力和摩擦阻

12、力的影響，重物的重力勢能要轉(zhuǎn)化為重物的動能和內(nèi)能，則重力勢能的減少量大于動能的增加量，選項C正確． [答案](1)A　(2)AB　(3)－mghB　 m2　(4)C 考點二| 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 　(2018·孝感高三沖刺卷)用如圖實-6-4甲實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒．m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量，即可驗證機械能守恒定律．如圖實-6-3乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打下的點(圖中未標(biāo)出)，計數(shù)點間的距離如圖所示．已知m1＝50 g、m2＝150 g，則(計算結(jié)果保留兩位有

13、效數(shù)字) 甲 丙 乙 圖實-6-4 (1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v5＝________m/s. (2)在計數(shù)點0～5過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝________J．為了簡化計算．g取10 m/s2，則系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝________J. (3)實驗結(jié)果顯示ΔEp>ΔEk，那么造成這一現(xiàn)象的主要原因是_______________________________________________________________ _________________________________________________

14、_____________. (4)在本實驗中，若某同學(xué)作出了v2-h圖象，如圖丙，h為從起點量起的長度，則據(jù)此得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2. 【導(dǎo)學(xué)號：84370248】 [解析](1)v5＝ m/s＝2.4 m/s. (2)ΔEk＝(m1＋m2)v－0＝0.58 J ΔEp＝m2gh5－m1gh5＝0.60 J. (3)因空氣阻力、紙帶與限位孔間的阻力、滑輪軸間阻力做負(fù)功，使系統(tǒng)重力勢能的減少量大于系統(tǒng)動能的增加量． (4)由(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v2知＝ 即圖線的斜率k＝＝ 解得g＝9.7 m/s2. [答案](1)2.4　(2)0.

15、58　0.60　(3)見解析　(4)9.7 某同學(xué)用如圖甲所示裝置驗證機械能守恒定律時，所用交流電源的頻率為50 Hz，得到如圖乙所示的紙帶．選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起點O的距離為s0＝19.00 cm，點A、C間的距離為s1＝8.36 cm，點C、E間的距離為s2＝9.88 cm，g取9.8 m/s2，測得重物的質(zhì)量為m＝1 kg. 甲 (1)下列做法正確的有________． A．圖3中兩限位孔必須在同一豎直線上 B．實驗前，手應(yīng)提住紙帶上端，使紙帶豎直 C．實驗時，先放開紙帶，再接通打點計時器的電源 D．?dāng)?shù)據(jù)處理時，應(yīng)選擇紙帶上距離較

16、近的兩點作為初、末位置 (2)選取O、C兩點為初、末位置驗證機械能守恒定律，重物減少的重力勢能是________J，打下C點時重物的速度大小是________m/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 乙 (3)根據(jù)紙帶算出打下各點時重物的速度v，量出下落距離s，則以為縱坐標(biāo)、以s為橫坐標(biāo)畫出的圖象應(yīng)是下面的________． (4)重物減少的重力勢能總是略大于增加的動能，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是________．(寫出一條即可) [解析](1)圖甲中兩限位孔必須在同一豎直線上，實驗前手應(yīng)提住紙帶上端，并使紙帶豎直，這是為了減小打點計時器與紙帶之間的摩擦，選項A、B正確；實驗時，應(yīng)先接通打

17、點計時器的電源再放開紙帶，選項C錯誤；數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)選擇紙帶上距離較遠(yuǎn)的兩點作為初、末位置，以減小長度的測量誤差，選項D錯誤． (2)重物減少的重力勢能為ΔEp＝mg(s0＋s1)＝2.68 J，由于重物下落時做勻變速運動，根據(jù)勻變速直線運動任意時間段中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度可知，打下C點時重物的速度為vC＝＝2.28 m/s. (3)物體自由下落過程中機械能守恒，可以得出mgs＝mv2，即gs＝v2，所以-s圖線應(yīng)是一條過原點的傾斜直線，選項C正確． (4)在實驗過程中，紙帶與打點計時器之間的摩擦阻力、空氣阻力是存在的，克服阻力做功損失了部分機械能，因此實驗中重物減小

18、的重力勢能總是略大于增加的動能． [答案](1)AB　(2)2.68　2.28 (3)C　(4)重物受到空氣阻力(或紙帶與打點計時器之間存在阻力) 考點三| 實驗拓展與創(chuàng)新 視角1：實驗器材、裝置的改進(jìn) 　　 　　 視角2：速度測量方法的改進(jìn) 由光電門計算速度測量紙帶上各點速度 視角3：實驗方案的改進(jìn) 例如：利用豎直上拋運動的閃光照片驗證機械能守恒定律． 創(chuàng)新點1　利用平拋運動驗證機械能守恒定律 1．(2018·德州模擬)如圖實-6-5所示的裝置可用來驗證機械能守恒定律．?dāng)[錘A拴在長為L的輕繩一端，輕繩另一端固定在O點，在A上放一個質(zhì)量很小的小鐵塊，現(xiàn)將擺錘拉起

19、，使繩與豎直方向成θ角，由靜止開始釋放擺錘，當(dāng)其到達(dá)最低位置時，受到豎直擋板P的阻擋而停止運動，之后鐵塊將飛離擺錘做平拋運動． 圖實-6-5 (1)為了驗證擺錘在運動過程中機械能守恒，必須求出擺錘在最低點的速度．為了求出這一速度，還應(yīng)測量的物理量有________． (2)用測得的物理量表示擺錘在最低點的速度v＝________. (3)用已知的和測得的物理量表示擺錘在運動過程中機械能守恒的關(guān)系式為________________． [解析]　設(shè)擺錘質(zhì)量為m，重力對擺錘做功為W＝mgL(1－cos θ)，擺錘在最低點的速度可以用平拋運動的知識求解，h＝gt2，s＝vt，解得v＝s

20、，為了求出擺錘在最低點的速度，實驗中還應(yīng)測量的物理量有：擺錘遇到擋板之后鐵塊的水平位移s和豎直下落高度h.由mgL(1－cos θ)＝mv2可知，表示擺錘在運動過程中機械能守恒的關(guān)系式為＝L(1－cos θ)． [答案](1)擺錘遇到擋板之后鐵塊的水平位移s和豎直下落高度h (2)s　(3)＝L(1－cos θ) 創(chuàng)新點2　利用豎直上拋運動驗證機械能守恒定律 2．某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律，頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，如圖實-6-6所標(biāo)數(shù)據(jù)為實際距離，該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如下表．(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8 m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2 kg，結(jié)果

21、保留3位有效數(shù)字) 圖實-6-6 時刻 t2 t3 t4 t5 速度(m/s) 4.99 4.48 3.98 (1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5＝________m/s； (2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增量ΔEp＝________J，動能減少量ΔEk＝________J； (3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，即可驗證了機械能守恒定律．由上述計算得ΔEp________ΔEk(選填“>”“<”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要原因是 ________________________________________________

22、_______________ ______________________________________________________________. [解析](1)v5＝×10－2 m/s＝3.48 m/s. (2)重力勢能的增量ΔEp＝mgΔh，代入數(shù)據(jù)可得ΔEp＝1.24 J，動能減少量為ΔEk＝mv－mv，代入數(shù)據(jù)可得ΔEk＝1.27 J. (3)由計算可得ΔEp<ΔEk，主要是由于存在空氣阻力． [答案](1)3.48　(2)1.24　1.27 (3)<　存在空氣阻力 創(chuàng)新點3　利用光電計時器驗證機械能守恒定律 3. 某同學(xué)用如圖實-6-7所示的裝置驗證機械

23、能守恒定律．一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點．光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條．將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v＝作為鋼球經(jīng)過A點時的速度．記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒． 圖實-6-7 (1)用ΔEp＝mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到________之間的豎直距離． A．鋼球在A點時的頂端 B．鋼球在A點時的球心 C．鋼球在A點時的底端

24、 (2)用ΔEk＝mv2計算鋼球動能變化的大?。每潭瘸邷y量遮光條寬度，示數(shù)如圖實-6-8所示，其讀數(shù)為________cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.010 0 s．則鋼球的速度為v＝________ m/s. 圖實-6-8 (3)下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果： ΔEp(×10－2J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔEk(×10－2J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8 他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的．你是否同意他的觀點？請說明理由． (4)請你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議

25、． [解析](1)高度變化要比較鋼球球心的高度變化．(2)毫米刻度尺讀數(shù)時要估讀到毫米下一位，由v＝代入數(shù)據(jù)可計算出相應(yīng)速度．(3)從表中數(shù)據(jù)可知ΔEk＞ΔEp，若有空氣阻力，則應(yīng)為ΔEk＜ΔEp，所以不同意他的觀點． (4)實驗中遮光條經(jīng)過光電門時的速度大于鋼球經(jīng)過A點時的速度，因此由ΔEk＝mv2計算得到的ΔEk偏大，要減小ΔEp與ΔEk的差異可考慮將遮光條的速度折算為鋼球的速度． [答案](1)B　(2)1.50(1.49～1.51都算對)　1.50(1.49～1.51都算對)　(3)不同意，因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp　(4)分別測出光電門和球心到懸

26、點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝v 創(chuàng)新點4　利用多個物體驗證機械能守恒定律 4．(2018·珠海模擬)用如圖實-6-9所示裝置可驗證機械能守恒定律，輕繩兩端系著質(zhì)量相等的物塊A、B，物塊B上放一金屬片C，鐵架臺上固定一金屬圓環(huán)，圓環(huán)處在物塊B的正下方．開始時，金屬片C與圓環(huán)間的高度為h，A、B、C由靜止開始運動．當(dāng)物塊B穿過圓環(huán)時，金屬片C被擱置在圓環(huán)上，兩光電門分別固定在鐵架臺P1、P2處，通過數(shù)字計時器可測出物塊B從P1旁運動到P2旁所用時間t，已知重力加速度為g. 圖實-6-9 (1)若測得P1、P2之間的距離為d，則物塊B剛穿過圓環(huán)后的速度v＝_

27、_______. (2)若物塊A、B的質(zhì)量均用M表示，金屬片C的質(zhì)量用m表示，該實驗中驗證了下面選項________中的等式成立，即可驗證機械能守恒定律． A．mgh＝Mv2 B．mgh＝Mv2 C．mgh＝(2M＋m)v2 D．mgh＝(M＋m)v2 (3)本實驗中的測量儀器除了刻度尺、數(shù)字計時器外，還需要________． (4)改變物塊B的初始位置，使物塊B從不同的高度由靜止下落穿過圓環(huán)，記錄每次金屬片C與圓環(huán)間的高度h以及物塊B從P1旁運動到P2旁所用時間t，則以h為縱軸，以________(填“t2”或“”)為橫軸，通過描點作出的圖線是一條過原點的直線，該直線的斜率k＝

28、________(用m、g、M、d表示). 【導(dǎo)學(xué)號：84370249】 [解析](1)A、B兩物塊質(zhì)量相等，當(dāng)物塊B通過圓環(huán)、金屬片C被擱置在圓環(huán)上后，A、B均做勻速直線運動，故v＝. (2)A、B、C從開始運動至金屬片C被擱置在圓環(huán)上的過程中，系統(tǒng)損失的重力勢能為ΔEp＝mgh，系統(tǒng)增加的動能為ΔEk＝(2M＋m)v2，只要ΔEp＝mgh＝ΔEk＝(2M＋m)v2，即可驗證機械能守恒定律，C正確． (3)從第(2)問驗證的表達(dá)式分析，速度可由v＝求解，質(zhì)量需要用天平來測量． (4)將v＝代入mgh＝(2M＋m)v2得mgh＝ (2M＋m)()2，即h＝，所以應(yīng)以為橫軸，h-圖

29、線的斜率為k＝. [答案](1)　(2)C　(3)天平　(4)　 [隨堂訓(xùn)練] 1．某同學(xué)用圖實-6-10(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間＝9.80 m/s2.實驗中該同學(xué)得到的一條點跡清晰的完整紙帶如圖實-6-10(b)所示．紙帶上的第一個點記為O，另選連續(xù)的三個點A、B、C進(jìn)行測量，圖中給出了這三個點到O點的距離hA、hB和hC的值．回答下列問題(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 圖實-6-10 (1)打點計時器打B點時，重物速度的大小vB＝______m/s； (2)通過分析該同學(xué)測量的實驗數(shù)據(jù)，他的實驗結(jié)果是

30、否驗證了機械能守恒定律？簡要說明分析的依據(jù)． [解析](1)由勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于平均速度可知vB＝，由電源頻率為50 Hz可知T＝0.02 s，代入其他數(shù)據(jù)可解得vB＝3.90 m/s. (2)本實驗是利用自由落體運動驗證機械能守恒定律，只要在誤差允許范圍內(nèi)，重物重力勢能的減少等于其動能的增加，即可驗證機械能守恒定律．選B點分析，由于mv≈7.61m，mghB＝7.700m，故該同學(xué)的實驗結(jié)果近似驗證了機械能守恒定律． [答案](1)3.90　(2)≈7.61(m/s)2，ghB＝7.70(m/s)2，因為mv≈mghB，近似驗證了機械能守恒定律 2．在用落體法驗證機

31、械能守恒定律時，某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖實-6-11所示．其中O是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的3個點．該同學(xué)用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點的距離，并記錄在圖中(單位cm)． 圖實-6-11 (1)這三個數(shù)據(jù)中不符合讀數(shù)要求的是________，應(yīng)記作________cm. (2)該同學(xué)用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2，他用AC段的平均速度作為跟B點對應(yīng)的物體的瞬時速度，則該段重錘重力勢能的減少量為________，而動能的增加量為______，(均保留3位有效數(shù)字，重錘質(zhì)量用m表示．)這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重力

32、勢能的減少量________動能的增加量，原因是______________． [解析]　本實驗測量長度用的是毫米刻度尺，故三個數(shù)據(jù)中15.7是不合理的，應(yīng)記做15.70，最后一位是估讀；O點到B點的距離h＝12.54 cm，故減少的勢能ΔEp＝mgh＝1.23m；計算O點到B點的動能增加量，應(yīng)先計算出B點的瞬時速度vB，由圖可知： vB＝＝ m/s＝1.5475 m/s，故ΔEk＝mv＝1.20m 由以上數(shù)據(jù)可知ΔEp＞ΔEk，其原因在于紙帶與限位孔之間有摩擦或空氣阻力對實驗也帶來影響． [答案](1)15.7　15.70　(2)1.23m　1.20m　大于　有阻力做負(fù)功 3．利用

33、氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖實-6-12所示： 圖實-6-12 (1)實驗步驟： ①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平； ②用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度l＝9.30 mm； ③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離s＝______cm； ④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2； ⑤從數(shù)字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間Δt1和Δt2； ⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m. (2)用表示直接測量量的字母寫出下列所示物

34、理量的表達(dá)式： ①滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1＝________和v2＝________. ②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1＝________和Ek2＝________. ③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝________(重力加速度為g)． (3)如果ΔEp＝________，則可認(rèn)為驗證了機械能守恒定律. 【導(dǎo)學(xué)號：84370250】 [解析](1)由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離 s＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm. (2)由于擋光條寬度

35、很小，因此將擋光條通過光電門時的平均速度看作瞬時速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測量，擋光時間Δt可從數(shù)字計時器讀出，因此，滑塊通過光電門的瞬時速度為，則通過光電門1時瞬時速度為，通過光電門2時瞬時速度為. 由于質(zhì)量事先已用天平測出，由公式Ek＝mv2可得：系統(tǒng)通過光電門1時動能Ek1＝(M＋m)2，系統(tǒng)通過光電門2時動能Ek2＝(M＋m)2.末動能減初動能可得動能的增加量． 兩光電門中心之間的距離s即砝碼和托盤下落的高度，系統(tǒng)勢能的減小量ΔEp＝mgs，最后對比Ek2－Ek1與ΔEp數(shù)值大小，在誤差允許的范圍內(nèi)相等，就驗證了機械能守恒定律． [答案](1)③60.00(59.96～60.04) (2)①　?、?M＋m)2 (M＋m)2　③mgs　(3)Ek2－Ek1、 16