1、【 精品教育资源文库 】 实验 8 验证机械能守恒定律 (必考 ) 考纲解读 (1)会根据纸带测定下落的距离 ，掌握测量瞬时速度的方法。 (2)能根据实验数据得出实验结论。 (3)能对实验误差的产生原因作定性分析。 , 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 12mv2n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。 考点一 实验原理与实验操作 1.打点计时器要竖直：安装打点计时
2、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。 【 精品教育资源文库 】 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 hn 1 hn 12T ， 不能用 vn 2ghn或 vn gt 来计算。 1.利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时 ， 需要测量物体由静止开始自由 下落到某点时的瞬时速度 v 和下落高度 h。某班同学利用实验得到的纸带 ， 设计了以下四种测量方案： A.用刻度尺测出物体下落的高度 h， 并测出下
3、落时间 t， 通过 v gt 计算出瞬时速度 v B.用刻度尺测出物体下落的 高度 h， 并通过 v 2gh计算出瞬时速度 v C.根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度 ， 等于这点前后相邻两点间的平均速度 ，测算出瞬时速度 v， 并通过 h v22g计算出高度 h D.用刻度尺测出物体下落的高度 h， 根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度 ， 等于这点前后相邻两 点间的平均速度 ， 测算出瞬时速度 v 以上方案中只有一种正确 ， 正确的是 _。 (填入相应的字母 ) 解析 在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做 g， 只能把它当做未知的定值 ， 所以正确方案只有
4、D 项。 答案 D 2.用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源 ， 输出电压为 6 V 的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落 ， 重锤上拖着的纸带打出一系列的点 ，对图中纸带上的点痕进行测量 ， 即可验证机械能守恒定律。 【 精品教育资源文库 】 (1)下面列举了该实验的几个操作步骤： A.按照图示的装置安装 器件 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 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 其中没有必要进行的
5、步骤是 _， 操作不当的步骤是 _。 (2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度 a 的数值。根据打出的纸带 ， 选取纸带上的连续的五个点 A、 B、 C、 D、 E， 测出 各点之间的距离如图所示，使用电源的频率为 f， 则计算重锤下落的加速度的表达式 a _。 (用 x1、 x2、 x3、 x4及 f 表示 )。 解析 本题考查 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验步骤、数据处理和牛顿第二定律。 (1)步骤C 不必要。重锤的质量不需要测量 ， 因为等式 mgh 12mv2两边把质量约掉了；打点计时器使用的是低压交流电源 ， 所以步骤 B 是错误的。 (2)为了减小实验误差 ， 可以采用逐差
6、法求加速度 ， x4 x2 2aT2， x3 x1 2aT2， 所以由以上两式得 a （ x3 x4 x1 x2） f24 。 答案 (1)C B (2)（ x3 x4 x1 x2） f24 考点二 数据处理及误差分析 数据处理的方法 【 精品教育资源文库 】 方法一：用 12mv2 mgh 验证时 ， 利用起始点和第 n 点计算。 方法二：用 12mv2B 12mv2A mg h 验证时 ， 任取两点计算。 方法三：图象法。从纸带上选取多个点 ， 测量从第一点到其余各点的下落高度 h， 并计算各点速度的平方 v2， 然后以 12v2为纵轴 ， 以 h 为横轴 ， 根据实验数据绘出 12v2
7、 h 图线。若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为 g 的直线 ， 则验证了机械能守恒定律。 1.在进行 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验中： (1)两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所示的装置 ， 采用两种不同的实验方案进行实验。 在图甲中 ， 下落物体应选择密度 _(选填 “ 大 ” 或 “ 小 ”) 的重物；在图乙中 ， 两个重物的质量关系是 m1_m2(选填 “ ” 、 “ ” 、 “ ”) ； 采用图乙的方案进行实验 ， 还需要的实验器材有交流电源 ， 刻度尺和 _； 比较两种实验方案 ， 你认为图 _(选填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ”) 所示实验方案更合理 ， 理由是 _。
8、 (2)有一同学采用了图甲所示的方案 ， 选出一条纸带如下图所示 ， 其中 O 点为起始点 ， A、 B、C 为三个计数点 ， 打点计时器通以 50 Hz 交流电 ， 在计数点 A 和 B 之间、 B 和 C 之间还各有一个点 ， 重物的质量为 0.5 kg， g 取 9.8 m/s2。根据以上数据 ， 打 B 点时重物的重力势能比开始下落时减少了 _ J， 这时它的动能是 _ J， 根据上面这两个数据你能得 到的结论是： _。 (结果保留三位有效数字 ) 解析 (1) 为了减小空气阻力的影响 ， 选择体积小、密度大的重物；在题图乙中 ， m2在 m1的拉力作用下向上运动 ， 所以 m1 m2
9、。 两重物质量不等 ， 分析系统损失的重力势能是否近【 精品教育资源文库 】 似等于增加的动能时 ， 两边质量不能约去 ， 故需要天平测量两重物的质量。 题图乙中所示实验还受到细线与滑轮的阻力的影响 ，机械能损失较大，故题图甲所示实验方案较为合理。 (2)重力势能减少量为 Ep mghOB 0.867 J；打 B 点时重物的速度为 vB xOC xOA2T ， 打 B 点时重物的动能为 EkB 12m(xOC xOA2T )2 0.852 J， 可见在误差允许的范围内 ， 重物下落时机械能守恒。 答案 (1) 大 天平 甲 图乙中还受到细线与滑 轮的阻力的影响 (2)0.867 0.852
10、在误差允许的范围内 ， 重物下落时机械能守恒 2.在 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验中 ， 现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、重锤、天平、毫米刻度尺、 50 Hz 交流电源。回答下列问题： (1)关于重锤的选用 ， 以下说法正确的是 ( ) A.选用重锤时 ， 重的比轻的好 B.选用重锤时 ， 密度大的比密度小的好 C.选用重锤后要称质量 D.重锤所受重力要远大于它所受的空气阻力和打点计时器对纸带的阻力 (2)如图所示 ， 释放纸带前的瞬间 ， 重锤和手的位置合理的是 _(填 “ 甲 ” 、 “ 乙 ” 、“ 丙 ” 或 “ 丁 ”) 。作这样选择的原因是 _。 (3)在
11、实验中 ， 由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上 ， 使纸带通过时受到较大 阻力，则结果 ( ) A.mgh12mv2 B.mgh12mv2 C.mgh 12mv2 D.以上都有可能 解析 (1)选重锤应选用质量和密度较大的 ， 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 ， 可使空气阻力减小。故选项 A、 B、 D 正确。 (2)实验中要让重物靠近打点计时器 ， 可以在纸带上记录足够多的点；实验中手提着纸带上【 精品教育资源文库 】 端并保持纸带竖 直 ，可以减少纸带与限位孔间的摩擦阻力，故丙正确。原因如上所述。 (3)重物带动纸带下落过程中 ， 除了重力还受到较大的阻力 ， 从能量转化的角度看 ， 由于阻力做功 ， 重力势能减少的量除了转化给了动能还有 一部分转化给摩擦产生的内能 ， 所以重力势能的减小量会大于动能的增加量。故选 A。 答案 (1)ABD (2)丙 实验中要让重物靠近打点计时器 ， 可以在纸带上记录足够多的点 (实验中手提着纸带上端并保持纸带竖直 ， 可以减少纸带与限位孔间的摩擦阻力 ) (3)A
