实验：验证机械能守恒

实验：验证机械能守恒实验：验证机械能守恒误差分析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Ekmv必定稍小于重力势能的减少量Epmghn，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vngt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50Hz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_AOA、AD和EG的长度BOC、BC和CD的长度CBD、CF和EG的长度DAC、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Cht2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”)随堂随堂训练即即时巩固巩固1(2016四川卷，四川卷，8)用如用如图所示的装置所示的装置测量量弹簧的簧的弹性性势能将能将弹簧放置在水平气簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在上，左端固定，右端在O点；在点；在O点右点右侧的的B、C位置各安装一个光位置各安装一个光电门，计时器器(图中未中未画出画出)与两个光与两个光电门相相连先用米尺先用米尺测得得B、C两点两点间距离距离s，再用，再用带有遮光片的滑有遮光片的滑块压缩弹簧簧到某位置到某位置A，静止，静止释放，放，计时器器显示遮光片从示遮光片从B到到C所用的所用的时间t，用米尺，用米尺测量量A、O之之间的距的距离离x.(1)计算滑算滑块离开离开弹簧簧时速度大小的表达式是速度大小的表达式是_(2)为求出求出弹簧的簧的弹性性势能，能，还需要需要测量量_A弹簧原簧原长B当地重力加速度当地重力加速度C滑滑块(含遮光片含遮光片)的的质量量(3)增大增大A、O之之间的距离的距离x，计时器器显示示时间t将将_A增大增大B减小减小C不不变2为了了“验证机械能守恒定律机械能守恒定律”，某学生想到用气，某学生想到用气垫导轨和光和光电门及及质量量为m的小的小车来来进行行实验，如，如图所示，他将所示，他将长为L、原来已、原来已调至水平的气至水平的气垫导轨的左端的左端垫高高H，在，在导轨上的两点上的两点处分分别安装光安装光电门A和和B，然后将小，然后将小车从从导轨上端上端释放，光放，光电门自自动记录小小车经过A、B光光电门时，车上上挡光片的光片的挡光光时间t1、t2，用游，用游标卡尺卡尺测得得挡光片光片宽度度为d.(1)要要验证小小车在在运运动过程程中中机机械械能能守守恒恒，还必必须测出出_(2)本本 实 验 验 证 机机 械械 能能 守守 恒恒 定定 律律 的的 原原 理理 式式 为_(用用上上面面已已知知测量量量量和和还必必须测出的物理量的符号表示出的物理量的符号表示)3(2018河北衡水中学期末河北衡水中学期末)在用在用“落体法落体法”做做“验证机械能守恒定律机械能守恒定律”的的实验时，小明，小明选择一条一条较为满意的意的纸带，如，如图甲所示，他舍弃前面密集的点，以甲所示，他舍弃前面密集的点，以O为起点，从起点，从A点开始点开始选取取纸带上上连续点点A、B、C、，测出出O到到A、B、C、的距离分的距离分别为h1、h2、h3、，电源的源的频率率为f.(1)为减小减小实验误差，下列做法正确的是差，下列做法正确的是_A选用用质量大、体量大、体积小的重小的重锤B安装打点安装打点计时器器时两限位孔在同一两限位孔在同一竖直直线上上C释放放纸带前，手前，手应提提纸带上端并使上端并使纸带竖直直D重重锤下落下落时手始手始终提住提住纸带上端，保持上端，保持纸带竖直直(2)小小明明通通过实验测得得数数据据(有有阻阻力力的的影影响响)，画画出出的的v2h图象象如如图乙乙所所示示已已知知直直线斜率斜率为k，则当地重力加速度当地重力加速度g_k/2(填填“”“”“”或或“”“”或或“=”)，造成这种结果的主要原因是，造成这种结果的主要原因是_等于等于等于等于守恒守恒小于小于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：实验过程如下：(1)测量测量_；(物理量、符号物理量、符号)(2)将小球拉离平衡位置某一高度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处无初速度释放，在传感器采集的数据中提取最大值为为F，小球摆到最低点时的动能表达式为，小球摆到最低点时的动能表达式为_(用上面给定物理用上面给定物理量的符号表示量的符号表示)；(3)改变高度改变高度h，重复上述过程，获取多组摆动高度，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与对应过程的拉力最大值F的数据，的数据，在在F-h坐标系中描点连线，通过描点连线，发现坐标系中描点连线，通过描点连线，发现h与与F成成_关系关系(“线性线性”或或“非线非线性性”)，证明小球摆动过程中机械能守恒，证明小球摆动过程中机械能守恒小球小球质量质量m、半径、半径R，摆线长l线性线性L/t无无大于大于相同相同BCD瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度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在误差允许范围内，直尺在下落过程中机械能守恒结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！31