实验：验证机械能守恒

实验：验证机械能守恒定律 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 Ek mv必 定 稍 小 于 重 力 势 能 的 减 少量 Ep mghn， 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 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 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 vn ， 不 能 用 vn 或 vn gt来 计 算 . 教材原型实验例 (2017天津卷，9(2)如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_A重物选用质量和密度较大的金属锤B两限位孔在同一竖直面内上下对正C精确测量出重物的质量D用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物 某 实 验 小 组 利 用 上 述 装 置 将 打 点 计 时 器 接 到 50H z的 交 流 电源 上 ， 按 正 确 操 作 得 到 了 一 条 完 整 的 纸 带 ， 由 于 纸 带 较 长 ， 图 中有 部 分 未 画 出 ， 如 图 所 示 ， 纸 带 上 各 点 是 打 点 计 时 器 打 出 的 计 时点 ， 其 中 O点 为 纸 带 上 打 出 的 第 一 个 点 重 物 下 落 高 度 应 从 纸 带 上计 时 点 间 的 距 离 直 接 测 出 ， 利 用 下 列 测 量 值 能 完 成 验 证 机 械 能 守恒 定 律 的 选 项 有 _ A OA、 AD和 EG的 长 度 B OC、 BC和 CD的 长 度C BD、 CF和 EG的 长 度 D AC、 BD和 EG的 长 度 【变式训练】(2016北京卷)利用图1装置做“验证机械能守恒定律”实验(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的_A动能变化量与势能变化量B速度变化量和势能变化量C速度变化量和高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_A交流电源B刻度尺C天平(含砝码) (3)实 验 中 ， 先 接 通 电 源 ， 再 释 放 重 物 ， 得 到 图 2所 示 的 一 条纸 带 在 纸 带 上 选 取 三 个 连 续 打 出 的 点 A、 B、 C， 测 得 它 们 到 起始 点 O的 距 离 分 别 为 hA、 hB、 hC.已 知 当 地 重 力 加 速 度 为 g， 打 点计 时 器 打 点 的 周 期 为 T.设 重 物 的 质 量 为 m.从 打 O 点 到 打 B点 的 过程 中 ， 重 物 的 重 力 势 能 变 化 量 Ep _， 动 能 变 化 量 Ek _.(4)大多数的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因_A利用公式vgt计算重物速度B利用公式v计算重物速度 C存在空气阻力和摩擦阻力的影响D没有采用多次实验取平均值的方法 (5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒请你分析论证该同学的判断依据是否正确 实 验 拓 展 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 例 (2018兰州诊断)用 如 图 所 示 的 气 垫 导 轨 装 置 验 证 机 械 能守 恒 定 律 ， 在 气 垫 导 轨 上 安 装 了 两 光 电 门 1、 2， 在 滑 块 上 固 定 一竖 直 遮 光 条 ， 滑 块 用 细 线 绕 过 滑 轮 与 钩 码 相 连(1)在调整气垫导轨水平时，滑块不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度，使它从轨道右端向左端运动，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间下列选项中能够实现调整导轨水平的措施是_A调节P使轨道左端升高一些B调节P使轨道左端降低一些C遮光条的宽度应适当大一些D滑块的质量增大一些 (2)实验时，测得光电门1、2间的距离为L，遮光条的宽度为d，滑块和遮光条的总质量为M，钩码质量为m，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间间隔为t，则计算滑块通过光电门速度的表达式为_，若用v1、v2分别表示通过光电门1、2的速度，则系统机械能守恒成立的表达式为_ 【变式训练】(2018辽宁铁岭模拟)在验证机械能守恒定律的实验中，小明同学利用传感器设计实验：如图甲所示，将质量为m、直径为d的金属小球在一定高度h由静止释放，小球正下方固定一红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间t0，改变小球下落高度h，进行多次重复实验(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径d_mm；(2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作下列哪一个图象()Aht图象Bh1/ t图象Cht 2图象Dh1/ t2图象(3)经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量mv2总是稍小于重力势能减少量mgh，你认为增加释放高度h后，两者的差值会_(选填“增大” “缩小”或“不变” ) 随 堂 训 练即 时 巩 固1 (2016四川卷，8 )用 如 图 所 示 的 装 置 测 量 弹 簧 的 弹 性 势 能 将 弹 簧 放 置 在 水 平 气 垫 导 轨 上 ， 左 端 固 定 ， 右 端 在 O点 ； 在 O点 右侧 的 B、 C位 置 各 安 装 一 个 光 电 门 ， 计 时 器 (图 中 未 画 出 )与 两 个 光 电门 相 连 先 用 米 尺 测 得 B、 C两 点 间 距 离 s， 再 用 带 有 遮 光 片 的 滑 块 压缩 弹 簧 到 某 位 置 A， 静 止 释 放 ， 计 时 器 显 示 遮 光 片 从 B到 C所 用 的 时间 t， 用 米 尺 测 量 A、 O之 间 的 距 离 x.(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是_(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量_A弹簧原长B当地重力加速度C滑块(含遮光片)的质量(3)增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将_ A增大B减小C不变 2 为 了 “ 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 ” ， 某 学 生 想 到 用 气 垫 导 轨 和 光电 门 及 质 量 为 m的 小 车 来 进 行 实 验 ， 如 图 所 示 ， 他 将 长 为 L、 原 来 已调 至 水 平 的 气 垫 导 轨 的 左 端 垫 高 H， 在 导 轨 上 的 两 点 处 分 别 安 装 光 电门 A和 B， 然 后 将 小 车 从 导 轨 上 端 释 放 ， 光 电 门 自 动 记 录 小 车 经 过 A、B光 电 门 时 ， 车 上 挡 光 片 的 挡 光 时 间 t1、 t2， 用 游 标 卡 尺 测 得 挡 光 片宽 度 为 d.(1)要验证小车在运动过程中机械能守恒，还必须测出_(2)本实验验证机械能守恒定律的原理式为_(用上面已知测量量和还必须测出的物理量的符号表示) 3 (2018河北衡水中学期末)在 用 “ 落 体 法 ” 做 “ 验 证 机 械 能 守恒 定 律 ” 的 实 验 时 ， 小 明 选 择 一 条 较 为 满 意 的 纸 带 ， 如 图 甲 所 示 ， 他舍 弃 前 面 密 集 的 点 ， 以 O为 起 点 ， 从 A点 开 始 选 取 纸 带 上 连 续 点 A、 B、 C、 ， 测 出 O到 A、 B、 C、 的 距 离 分 别 为 h1、 h2、 h3、 ， 电 源的 频 率 为 f.(1)为减小实验误差，下列做法正确的是_A选用质量大、体积小的重锤B安装打点计时器时两限位孔在同一竖直线上C释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直D重锤下落时手始终提住纸带上端，保持纸带竖直(2)小明通过实验测得数据(有阻力的影响)，画出的v2h图象如图乙所示已知直线斜率为k，则当地重力加速度g_k/2(填“ ” “”或“ ”“”或“ =”)， 造 成 这 种 结 果 的 主 要 原 因 是 _ 等 于等 于 守 恒小 于 9.探 究 小 组 利 用 传 感 器 研 究 小 球 在 摆 动 过 程 中 的 机 械 能 守 恒 规 律， 实 验 装 置 如 图 所 示 .在 悬 点 处 装 有 拉 力 传 感 器 ， 可 记 录 小 球 在摆 动 过 程 中 各 时 刻 的 拉 力 值 . 实 验 过 程 如 下 ：(1)测 量 _ ； (物 理 量 、符 号 ) (2)将 小 球 拉 离 平 衡 位 置 某 一 高 度 h处 无 初 速 度 释 放 ， 在 传 感 器 采集 的 数 据 中 提 取 最 大 值 为 F， 小 球 摆 到 最 低 点 时 的 动 能 表 达 式 为_ (用 上 面 给 定 物 理 量 的 符 号 表 示 )；(3)改 变 高 度 h， 重 复 上 述 过 程 ， 获 取 多 组 摆 动 高 度 h与 对 应 过 程的 拉 力 最 大 值 F的 数 据 ， 在 F-h坐 标 系 中 描 点 连 线 ， 通 过 描 点 连 线， 发 现 h与 F成 _ 关 系 (“ 线 性 ” 或 “ 非 线 性 ” )， 证 明 小 球摆 动 过 程 中 机 械 能 守 恒 小 球 质 量 m、 半 径 R， 摆 线 长 l线性 L/ t无 大于相同 BCD 瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度 在误差允许范围内，直尺在下落过程中机械能守恒