2023年高考物理一輪復(fù)習(xí)核心技知識(shí)點(diǎn)提升5.6實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

5.6實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

1.實(shí)驗(yàn)原理(如圖所示)

通過實(shí)驗(yàn)，求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的重力勢(shì)能的減少量和對(duì)應(yīng)過程動(dòng)能的增加

量，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若二者相等，說明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守

恒定律.

打點(diǎn)計(jì)

時(shí)器

夾子

重物

2.實(shí)驗(yàn)器材

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交變電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、導(dǎo)線.

3.實(shí)驗(yàn)過程

(1)安裝器材：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上,用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源相連.

⑵打紙帶

用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近，先接通電源,再松開紙

堂，讓重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，取下紙帶，換上

新的紙帶重打幾條(3?5條)紙帶.

⑶選紙帶：從打出的幾條紙帶中選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶.

(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并驗(yàn)證.

4.數(shù)據(jù)處理

(1)求瞬時(shí)速度

由公式?！?"券」可以計(jì)算出重物下落歷、h2、力3…的高度時(shí)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度

Vi>。2、….

(2)驗(yàn)證守恒方案一：利用起始點(diǎn)和第〃點(diǎn)計(jì)算

代入"吆加和品加，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，mg〃"和J”。/相等，則驗(yàn)證

了機(jī)械能守恒定律.

注意：應(yīng)選取最初第1、2兩點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶(電源頻率為50Hz).

方案二：任取兩點(diǎn)計(jì)算

①任取兩點(diǎn)A、B,測(cè)出自B,算出

②算出5nM2的值.

③在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若m=3加辦2,則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定

律.

方案三：圖像法

測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度人并計(jì)算對(duì)應(yīng)速度。，然后以上2為縱軸,

以力為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出/2—〃圖像.若在誤差允許的范圍內(nèi)圖像是一條

過原點(diǎn)且斜率為區(qū)的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.

5.注意事項(xiàng)

(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直：安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直

線上，以減小摩擦阻力.

(2)重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的.

(3)應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，后松開紙帶讓重物下落.

(4)測(cè)長(zhǎng)度，算速度：某時(shí)刻的瞬時(shí)速度的計(jì)算應(yīng)用0”=加虧Q,不能用外=

、2g%”或Vn=gt來計(jì)算.

(5)此實(shí)驗(yàn)中不需要測(cè)量重物的質(zhì)量.

I教材原型實(shí)驗(yàn)

例題1.

在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，小王用如圖甲所示的裝置，讓重物從靜止開

始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖乙所示.。點(diǎn)是打下的第一個(gè)

點(diǎn)，A、B、。和。為另外4個(gè)連續(xù)打下的點(diǎn).

甲乙（1）為了減小實(shí)驗(yàn)

誤差，對(duì)體積和形狀相同的重物，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇密度大的理由是.

（2）已知交流電頻率為50Hz,重物質(zhì)量為200g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.80m/s2,

則從。點(diǎn)到C點(diǎn)，重物的重力勢(shì)能變化量的絕對(duì)值公耳尸J、。點(diǎn)的動(dòng)能

Ekc=J（計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）.比較Eke與公團(tuán)的大小，出現(xiàn)

這一結(jié)果的原因可能是.

A.工作電壓偏高

B.存在空氣阻力和摩擦力

C.接通電源前釋放了紙帶

用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)

生電源，可輸出交流電和直流電.重錘從高處由靜止開始下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在重

錘拖著的紙帶上打出一系列的點(diǎn)，對(duì)圖中紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械

能守恒定律.

打點(diǎn)計(jì)卷工

時(shí)器「紙帶

夾子

重錘

（1）下列幾個(gè)操作步驟中:

A.按照?qǐng)D示，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置

B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“交流輸出”上

C.用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量

D.先釋放重錘，后接通電源，紙帶隨著重錘運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一

系列的點(diǎn)

E.測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離

F.根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能

沒有必要的是,操作錯(cuò)誤的是.（填步驟前相應(yīng)的字母）

（2）在使用質(zhì)量為加的重錘和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，在選定

的紙帶上依次取計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖所示，紙帶上所打的點(diǎn)記錄了重錘在不同時(shí)刻的位置,

那么紙帶的（填“左”或“右”）端與重錘相連.設(shè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周

期為T,且“0”為打下的第一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)“3”時(shí)，重錘的動(dòng)能表

達(dá)式為，若以重錘的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)“0”為參考點(diǎn)，當(dāng)打點(diǎn)“3”時(shí)

重錘的機(jī)械能表達(dá)式為.

如圖甲所示是用“落體法”驗(yàn)證機(jī)械能

守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置（g取9.80m/s2）.

方形固定卡

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

oh

丙（1）選出一條清晰

的紙帶如圖乙所示，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為三個(gè)

計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50Hz的交變電流.用分度值為1mm的刻度尺

測(cè)得04=12.41cm,08=18.90cm,0c=27.06cm,在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B、8和C

之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重錘的質(zhì)量為1.00kg.根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打

到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了J,此時(shí)重錘的速度0B=

m/s,此時(shí)重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了J.（結(jié)果均保留三

位有效數(shù)字）

⑵利用實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶，測(cè)量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距

離〃，算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度0,然后以〃為橫軸、以52為縱軸作出如圖丙所

示的圖線，圖線的斜率近似等于—.

A.19.6B.9.80C.4.90

圖線未過原點(diǎn)。的原因是

探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)可以從下列幾個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新

1.速度測(cè)量方法的創(chuàng)新

［由光電門測(cè)速度

從測(cè)量紙帶上各點(diǎn)速度一《由頻閃照片測(cè)速度

〔由平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度

2.研究對(duì)象的創(chuàng)新

從單個(gè)物體創(chuàng)新為兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)，驗(yàn)證系統(tǒng)在某一過程機(jī)械能守恒.

3.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新

由驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律創(chuàng)新為測(cè)量彈簧的彈性勢(shì)能，測(cè)重力加速度.

例題2.

某同學(xué)用如圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

a.用電磁鐵吸住一個(gè)小鐵球，將光電門A固定在立柱上，光電門3固定在

立柱上的另一位置，調(diào)整它們的位置使三者在一條直線內(nèi)；

b.切斷電磁鐵電源，小鐵球開始下落，數(shù)字計(jì)時(shí)器測(cè)出小鐵球通過光電門

A和光電門B的時(shí)間分別為以、tB。

請(qǐng)回答下列問題:

(1)切斷電磁鐵電源之前，需要調(diào)節(jié)底座螺絲，使立柱,以確保小鐵

球能通過兩個(gè)光電門；

(2)實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量是(填選項(xiàng)前的字母)。

A.小鐵球的質(zhì)量

B.小鐵球的直徑d

C.光電門A、8間的距離總B

(3)小鐵球經(jīng)過光電門B時(shí)的速度可表示為(用測(cè)量的物理量表示)。

(4)在誤差允許范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒

(用測(cè)量的物理量和重力加速度g表示)。

某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究,實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示:

輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙

帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接.向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放

物塊，通過測(cè)量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能.

打點(diǎn)計(jì)畔啰帶現(xiàn)塊

I~~I

固定栓

(a)(1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟:

①把紙帶向左拉直

②松手釋放物塊

③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源

④向左推物塊使彈簧壓縮，并測(cè)量彈簧壓縮量

上述步驟正確的操作順序是(填入代表步驟的序號(hào)).

⑵圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)

果.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz.由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該

紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為m/s.比較兩紙帶可知,

(填“M”或"L”)紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大.

嚴(yán)?：：：：

單位cm.1.51fLi.89-*^—2.58—>^—2.57-

單位cm:“試:‘1.15’11.5671.5571.54■:3

(b)為了驗(yàn)證物體沿光滑

斜面下滑的過程中機(jī)械能守恒，某學(xué)習(xí)小組用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置(包括導(dǎo)

軌、氣源、光電門、滑塊、遮光條、數(shù)字毫秒計(jì))進(jìn)行實(shí)驗(yàn).此外可使用的實(shí)驗(yàn)器

材還有：天平、游標(biāo)卡尺、刻度尺.

光電門1遮光條

超與余光電門n

進(jìn)氣口增塊口緩沖器

套盛翡廷西導(dǎo)軌

UU(1)某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)步驟，其中不必要

的步驟是?

①在導(dǎo)軌上選擇兩個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢肁、B安裝光電門I、II,并連接數(shù)字毫秒計(jì);

②用天平測(cè)量滑塊和遮光條的總質(zhì)量m；

③用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度小

④通過導(dǎo)軌上的標(biāo)尺測(cè)出A、8之間的距離/；

⑤調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌的傾斜狀態(tài)；

⑥將滑塊從光電門I左側(cè)某處，由靜止開始釋放，從數(shù)字毫秒計(jì)讀出滑塊通過光

電門I、II的時(shí)間Afi、△⑵

⑦用刻度尺分別測(cè)量A、8點(diǎn)到水平桌面的高度加、比；⑧改變氣墊導(dǎo)軌傾斜程

度，重復(fù)步驟⑤⑥⑦，完成多次測(cè)量.

(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d時(shí)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖所示，則d=

mm；某次實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得△加=11.60ms,則滑塊通過光電門I的瞬時(shí)速度。1=

m/s(保留3位有效數(shù)字)；

主

3尺

d

(Cm)

標(biāo)

游

(3)在誤差允許范圍內(nèi)，若加一%2=(用上述必

要的實(shí)驗(yàn)步驟直接測(cè)量的物理量符號(hào)表示，已知重力加速度為g),則認(rèn)為滑塊下

滑過程中機(jī)械能守恒；

(4)寫出兩點(diǎn)產(chǎn)生誤差的主要原因：

③@Q?C

創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)裝置圖創(chuàng)新解讀

(1)利用機(jī)械能守恒定律確定彈簧

彈性勢(shì)能

(2)由平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)量球的初速度

，)，〃〃〃〃〃〃〃)，，.

(3)利用平拋位移s—彈簧壓縮量

實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新圖線處理數(shù)據(jù)

M(1)利用鋼球擺動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守

X恒定律

(2)利用光電門測(cè)定擺球的瞬時(shí)速

七［%器

度

(1)用光電門測(cè)定小球下落到B點(diǎn)

4?金屬球的速度

實(shí)驗(yàn)過程的創(chuàng)新(2)結(jié)合《一〃圖線判斷小球下落

光電門

8也二接計(jì)

時(shí)器過程中機(jī)械能守恒

(3)分析實(shí)驗(yàn)誤差A(yù)Ep-AEk隨H

變化的規(guī)律

(1)利用系統(tǒng)機(jī)械能守恒代替單個(gè)

氣墊導(dǎo)軌光即上圈%塊遮光條

物體的機(jī)械能守恒

高碼忸屋尺,氣源(2)利用光電門測(cè)算滑塊的瞬時(shí)速

度

例題3.

某同學(xué)用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵

架臺(tái)上，鋼球靜止于A點(diǎn).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"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(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測(cè)出，取作為鋼球經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速度.記錄鋼球每

次下落的高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t,計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之間的勢(shì)能變

化大小△&與動(dòng)能變化大小AEk,就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒.

變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)的鋼球球心到之間的豎

直距離.

A.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的頂端

B.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的球心

C.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的底端

⑵用△&=%"計(jì)算鋼球動(dòng)能變化的大小，用刻度尺測(cè)量遮光條寬度，示數(shù)如

圖乙所示，其讀數(shù)為cm.某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.0100s,則鋼

球的速度為v=m/s.

(3)下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

-2

A￡P(guān)(X10J)4.8929.78614.6919.5929.38

A￡k(X10-2J)5.0410.115.120.029.8

他發(fā)現(xiàn)表中的△穌與AEk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(diǎn)？請(qǐng)說明理由.

(4)請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議.

著型1在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，利用重物拖著紙帶自由下

落通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理即

可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

（1）在實(shí)驗(yàn)過程中，下列說法正確的是o

A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源再釋放紙帶

B.實(shí)驗(yàn)時(shí)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔要在同一豎直線上

C.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、天平和刻度尺是本實(shí)驗(yàn)中必須使用的測(cè)量?jī)x器

D.實(shí)驗(yàn)中重物的質(zhì)量大小不影響實(shí)驗(yàn)誤差

（2）正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖甲所示。

圖中。點(diǎn)為打點(diǎn)起始點(diǎn)，且速度為零。選取紙帶上打出的連續(xù)點(diǎn)，標(biāo)上A、3、

C、…測(cè)得其中￡、F、G點(diǎn)距打點(diǎn)起始點(diǎn)。的距離分別為加、例、feo已知重物

的質(zhì)量為相，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為兀為驗(yàn)證此實(shí)驗(yàn)

過程中機(jī)械能是否守恒，需要計(jì)算出從打下。點(diǎn)到打下廠點(diǎn)的過程中，重物重

力勢(shì)能減少量△￡■「=，動(dòng)能增加量AEk=o（用題中所

給字母表示）

（3）利用該裝置還可以測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，某同學(xué)的做法是以各點(diǎn)到起

始點(diǎn)的距離//為橫坐標(biāo)，以各點(diǎn)速度的平方"為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，用

實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制出"一。圖像，如圖乙所示。由"一〃圖像求得的當(dāng)?shù)刂亓?/p>

加速度g=m/s2o（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

“落體法”是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的主要方法之一（如圖甲），某次

操作得到了如圖乙所示的紙帶，已知打點(diǎn)周期為八重錘的質(zhì)量為根，依次測(cè)出

了各計(jì)時(shí)點(diǎn)到第一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)o的距離如圖乙所示，請(qǐng)回答下列問題:

墨粉紙盤

乙丙（1）打A點(diǎn)時(shí)重錘的速度表達(dá)式

=0若己經(jīng)計(jì)算出A點(diǎn)和E點(diǎn)的速度分別為內(nèi)、VE,并且選取A到E

的過程進(jìn)行機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證，則需要驗(yàn)證的關(guān)系式為

（2）如果某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)重力勢(shì)能的減小量比動(dòng)能的增加量大很多，出現(xiàn)這

種現(xiàn)象的原因可能是o

A.重物質(zhì)量測(cè)量得不準(zhǔn)確

B.因?yàn)樽枇Φ淖饔?，所以?shí)驗(yàn)誤差很大，但也能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律成立

C.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩個(gè)限位孔不在同一條豎直線上，摩擦力或阻力太大導(dǎo)致的

D.實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了先放紙帶，后接通電源這樣的錯(cuò)誤操作

例題4.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，一實(shí)驗(yàn)

小組讓小球從自傾角為30。的斜面上滑下，用頻閃相機(jī)記錄了小球沿斜面下滑的

過程，如圖所示，測(cè)得8、C、D、E到A的距離分別為xi、X2、浜、必，已知相

機(jī)的頻閃頻率為力重力加速度為g=9.8m/s2.

?A

C生9

D

月〃（D小球經(jīng)過位置D時(shí)的速度VD=.

⑵選取A為位移起點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出*—%圖線，若圖線斜率k=,

則小球下滑過程機(jī)械能守恒.

⑶若改變斜面傾角進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)寫出斜面傾角大小對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的影響:

I某活動(dòng)小組利用圖甲裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。鋼球自由下

落過程中，先后通過光電門A、B,計(jì)時(shí)裝置測(cè)出鋼球通過A、8的時(shí)間分別為

兄tB,用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度。測(cè)

出兩光電門間的距離為〃，鋼球直徑為。，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。

⑴用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量鋼球的直徑，如圖乙所示，鋼球直徑D=

________Cm；

(2)用所測(cè)的物理量符號(hào)表達(dá)出小球運(yùn)動(dòng)的加速度a=

(3)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，只要比較；

A.9T)與g/z是否相等

B.02c)與28〃是否相等

C.加g/7是否相等

(4)實(shí)際鋼球通過光電門的平均速度(選填“大于”或“小于”)

鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度，此誤差___________(選填"能”或“不能”)

通過增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)減??；下列做法中，可以減小“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)誤

差的是O

A.選用質(zhì)量大體積小的球

B.減小小球下落初位置與光電門A的高度差

C.適當(dāng)增大兩光電門的高度差。

D.改用10分度的游標(biāo)卡尺測(cè)。的大小

G國(guó)63

紅外線發(fā)射器、接收器可記錄小球的擋光時(shí)間.小明同學(xué)進(jìn)行了如下操作:

I發(fā)射器卜亍-1接收器I

紅外圜時(shí)間喝寂］1()15

甲

(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑為mm.

(2)該小球質(zhì)量為加、直徑為d.現(xiàn)使小球從紅外線的正上方的高度〃處自由下落，

記錄小球擋光時(shí)間t,已知重力加速度為g,則小球下落過程中動(dòng)能增加量的表

達(dá)式為;重力勢(shì)能減少量的表達(dá)式為(用所給字母表示).

(3)改變小球下落高度人多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小球動(dòng)能的增加量總是小于重力勢(shì)

能的減少量，你認(rèn)為可能的原因是

__________________________________________________(至少寫出一條).

例題5.

某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，其中檢是四分之一圓

弧軌道，。點(diǎn)為圓心，半徑為L(zhǎng),圓弧的最低點(diǎn)A與水平面之間的高度為H.實(shí)驗(yàn)

時(shí)將一可看作質(zhì)點(diǎn)的小球從圓弧上某點(diǎn)由靜止釋放，量出此時(shí)小球與圓心連線偏

離豎直方向的角度夕當(dāng)小球滑到圓弧最低點(diǎn)A時(shí)將水平拋出，用刻度尺測(cè)出小

球平拋的水平距離s.忽略所有摩擦及阻力，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,試分析下列問

題：

o

甲乙（1）小球在A點(diǎn)時(shí)的水平速度為0=

（用題給字母表示）.

⑵保持其他條件不變，只改變。角，得到不同的s值，以S2為縱坐標(biāo)，以cos。

為橫坐標(biāo)作圖，如圖乙中的圖線a所示.另一同學(xué)重復(fù)此實(shí)驗(yàn)，得到的$2—cos。

圖線如圖乙中的圖線8所示，兩圖線不重合的原因可能是.

A.兩同學(xué)選擇的小球質(zhì)量不同B.圓弧軌道的半徑L不同

C.圓弧的最低點(diǎn)A與水平面之間的高度H不同

G國(guó)定?用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證如、〃22組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.加2

從高處由靜止開始下落，如上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行

測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶，0是打

下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），所用電源的頻率為

50Hz.已知見=50g、加2=150g.貝（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

（1）在紙

帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度V5=m/s；

（2）在打下0點(diǎn)到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5的過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量AEk=J,系

統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量AEp=J；（當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭取10m/s2）

（3）若某同學(xué)作出*2—/?圖像如圖丙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?=m/s2.

某物理興趣小組發(fā)現(xiàn)直接利用“落體法”進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守

恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于物體下落太快，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象稍縱即逝。為了讓實(shí)驗(yàn)時(shí)間得以

適當(dāng)延長(zhǎng)，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)方案，把質(zhì)量分別為加、〃儂加＞加2）的兩

物體通過一根跨過定滑輪（質(zhì)量可忽略）的細(xì)線相連接，m2的下方連接在穿過打

點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶上。首先在外力的作用下兩物體保持靜止，開啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,

□g

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

穩(wěn)定后釋放m\和機(jī)2。甲

（1）為了完成實(shí)驗(yàn)，需要的測(cè)量工具除了天平，還有o

（2）圖乙是一條較為理想的紙帶，。點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，計(jì)數(shù)點(diǎn)

間的距離如圖乙所示。兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔為T,重力加速度為g（題中所有

物理量符號(hào)都用國(guó)際單位）。

）。12~345TO

（j=~~——B

--------h2--------

；

------------h3—-------d

乙①在紙帶上打下記數(shù)點(diǎn)“5”時(shí)物體的速度V5

=（用題給物理量符號(hào)表示）；

②在打計(jì)數(shù)點(diǎn)“0”到打計(jì)數(shù)點(diǎn)“5”過程中，如、加2系統(tǒng)重力勢(shì)能減少量AEp

=（用題給物理量符號(hào)表示），再求出此過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量,

即可驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒。

翳藉境緣合提開練1.某物理興趣小組采用了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝

置"驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律"。裝置中包括一個(gè)定滑輪、細(xì)線、標(biāo)尺、秒表、質(zhì)量

分別為M和機(jī)的兩個(gè)物塊，M的質(zhì)量比〃?的質(zhì)量大，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,細(xì)

線足夠長(zhǎng)。

（1）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，用手先托住

圖甲

M,使“和加均保持靜止。某時(shí)刻，釋放M,則M加速下降，加加速上升，用

標(biāo)尺測(cè)出M下降的高度為〃，用秒表測(cè)出M下降高度〃所用的時(shí)間為九則根

據(jù)以上實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，求得M和機(jī)組成的系統(tǒng)在此過程中重力勢(shì)能減少量為

%=（用M、加、g、。表示），系統(tǒng)動(dòng)能增加量為△瓦=

（用M、m、h、，表示）。

（2）經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，獲取多組精確數(shù)據(jù)，做出萬-產(chǎn)圖像如圖乙所示，圖像斜率

為k,則重力加速度為8=。（用M、m、k表示）

（3）經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，獲取多組精確數(shù)據(jù)，經(jīng)檢查沒有出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤，卻發(fā)現(xiàn)系

統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量總是大于系統(tǒng)動(dòng)能的增加量。請(qǐng)你給出出現(xiàn)這種結(jié)論的兩

種可能原因：①；（2）o

2.（1）李同學(xué)用如圖1所示裝置"驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說

法正確的有（填序號(hào)）。

“6Oy

16.14cm

g

18.66cm

21.16cm

2：

A.不必測(cè)量重錘的質(zhì)量

23.68cm

26.18cm

圖1圖2

B.重錘應(yīng)從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置釋放

C.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該水平固定，保證兩個(gè)限位孔的連線水平

D.由于阻力的存在，所以減少的重力勢(shì)能實(shí)際上比增加的動(dòng)能小

（2）劉同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，頻閃儀每隔

0.05s閃光一次，圖2中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2,

小球的質(zhì)量加為0.2kg（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）

①由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算門時(shí)刻小球的速度為V5=m/s；

②從12到15時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增量AE/,=J,動(dòng)能減少量△&=

③實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論是。

3.某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示裝置驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒定律?？邕^定滑輪的輕

繩一端系著物塊A,另一端穿過中心帶有小孔的金屬圓片C與物塊B相連，A

和B質(zhì)量均為M,C的質(zhì)量為心。鐵架臺(tái)上固定一圓環(huán)，圓環(huán)處在B的正下

方。開始時(shí)，C與圓環(huán)間的高度為3A、B、C由靜止開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)B穿過圓環(huán)

時(shí)，C被擱置在圓環(huán)上。在鐵架臺(tái)4、8處分別固定兩個(gè)光電門，物塊B從［運(yùn)

動(dòng)到巴所用的時(shí)間為「，圓環(huán)距匕的高度為M，6舄之間的高度為也，重力加速

B穿過圓環(huán)后可以視為做,直線運(yùn)動(dòng);

(2)為了驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒，該系統(tǒng)應(yīng)選擇(選填"A和B"或

“A、B和C"),則只需等式.,成立，即可驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒。(用題

中所測(cè)物理量的符號(hào)表示)

(3)實(shí)際做實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)重力勢(shì)能減少量與系統(tǒng)動(dòng)能增加量有差別，原因可能

是(不考慮測(cè)量誤差)

4.某同學(xué)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

甲乙

（1）三個(gè)重物的形狀、體積相同但質(zhì)量關(guān)系為外＞恤＞性。為減小空氣阻力

對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，紙帶下方懸掛的重物應(yīng)選擇。（填寫選項(xiàng)字母）

666（2）正確實(shí)驗(yàn)操作后得到圖乙所示的紙

ABC

帶。。點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，連續(xù)點(diǎn)A、B、C...與。點(diǎn)之間的距離

分別為加、比、h3...,若打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T,重物的質(zhì)量為〃?，重力加

速度為g,則從打0點(diǎn)到打8點(diǎn)的過程中，重物的動(dòng)能增加量

△&=,重力勢(shì)能減少量△耳產(chǎn)。（用題中字母表示）

（3）用縱軸分別表示重物動(dòng)能增加量△反及重力勢(shì)能減少量△￡'/,,用橫軸表示

重物下落的高度人某同學(xué)在同一坐標(biāo)系中做出了AEki和圖像，如圖

丙所示。由于重物下落過程中受阻力作用，可知圖線（填"①”或

"②"）表示△/-/?圖像。

產(chǎn)％）①

5.為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，某物理興趣研究小組采用

0h

丙

了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，裝置中包括一個(gè)固定的定滑輪、一個(gè)動(dòng)滑輪、細(xì)線、

帶光電門的標(biāo)尺、兩個(gè)質(zhì)量分別為叫、啊的物塊，（已知，電的質(zhì)量比町的質(zhì)量大

得多）各連接細(xì)線彼此平行豎直，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,不計(jì)滑輪的質(zhì)量和一

切阻力，細(xì)線足夠長(zhǎng)且在相互運(yùn)動(dòng)時(shí)物體均未碰到地面或滑輪。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，

用手先托住物體嗎,使叫和%保持靜止。某時(shí)刻，由靜止釋放物體嗎,則嗎

加速下降，叫加速上升，通過標(biāo)尺測(cè)得性物體上的遮光片8在釋放之初距離光

電門的高度為〃，已知叫上的遮光片b的寬度為d、通過光電門的時(shí)間為&。則

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，

當(dāng)物

體外下落"時(shí)，町上升的距離為

(2)以犯、名為系統(tǒng)在此過程中系統(tǒng)重力勢(shì)能減少量為;系統(tǒng)動(dòng)能

增加量為，若二者近似相等則機(jī)械能守恒。(用叫、明、h、d、。表

示)

6.某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，繩和滑輪的質(zhì)量忽略不

計(jì)，輪與軸之間的摩擦忽略不計(jì)；已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。主要實(shí)驗(yàn)步驟如

下:

①用精密儀器測(cè)量擋光片的擋光寬度為乩將擋光片固定在物塊。上，再用天

平測(cè)量物塊人的質(zhì)量分別為外、啊，且

②按照?qǐng)D所示安裝器材，測(cè)量光電門和擋光片的高度差為萬，再將物塊力由靜

止釋放，人豎直上升，測(cè)得擋光片通過光電門的時(shí)間為上

(1)物塊b經(jīng)過光電門的速度可表示為。

(2)將物塊八〃作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行研究，從物塊匕由靜止釋放到擋光片通過

光電門這個(gè)過程中，系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能AEpn，系統(tǒng)增加的動(dòng)能

A&=;在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若△綜和公與近似相等，則系統(tǒng)的

機(jī)械能守恒。

(3)該同學(xué)為了減小誤差，通過調(diào)整物塊匕釋放的位置來改變〃，測(cè)出對(duì)應(yīng)的

通過光電門的時(shí)間3得到若干組(〃、。后，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，擬合直線，則他

描繪的是圖像。

A.h—tB.h—t2C.h—D.h--

tr

7.如圖所示，利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的裝置。主要實(shí)驗(yàn)

步驟如下：

，光電門

硅碼及托做A.將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上,

并調(diào)至水平；

B.測(cè)出遮光條的寬度d；

C.將帶有遮光條的滑塊移至圖示的位置，測(cè)出遮光條到光電門的距離;；

D.釋放滑塊，讀出遮光條通過光電門的遮光時(shí)間r；

E.用天平稱出托盤和祛碼的總質(zhì)量〃z；

F.........

已知重力加速度為g。請(qǐng)回答下列問題：

(1)為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，還需要測(cè)的物理量是(寫出要測(cè)的物

理量名稱及對(duì)應(yīng)該量的符號(hào))；

(2)滑塊從靜止釋放，運(yùn)動(dòng)到光電門的過程中，所要驗(yàn)證的機(jī)械能守恒的表達(dá)

式(用上述物理量符號(hào)表示)。

8.為了驗(yàn)證小球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)過程的機(jī)械能是否守恒，利用如圖(a)裝置，

不可伸長(zhǎng)的輕繩一端系住一小球，另一端連接力傳感器，小球質(zhì)量為〃?，球心到

懸掛點(diǎn)的距離為L(zhǎng),小球釋放的位置到最低點(diǎn)的高度差為〃，實(shí)驗(yàn)記錄輕繩拉力

大小隨時(shí)間的變化如圖(b),其中Fm是實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的最大拉力值，重力加速度為

g，請(qǐng)回答以下問題：

力傳感器

'(1)小球第一次運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)的過程,

重力勢(shì)能的減少量△4=,動(dòng)能的增加量AEk=o(均用題

中所給字母表示)

(2)觀察圖(b)中拉力峰值隨時(shí)間變化規(guī)律，試分析造成這一結(jié)果的主要原因:

(3)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)選用密度(選填“較大”或“較小”)

的小球。

9.用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，打出如圖甲所示的一條紙帶.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

工作頻率為50Hz.

~O~~1(~A~~BCD~卅

[\Jj|[/(m-/s-)由=9.53

-18.30T

-22.24—?

------------26.56-------J

----------------------31.23

(1)根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù)，打下C點(diǎn)時(shí)

重物的速度為m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).(2)某同學(xué)選用兩個(gè)形狀相

u2

同、質(zhì)量不同的重物。和b進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得幾組數(shù)據(jù)，畫出了一/i圖象，并求出

圖線的斜率k,如圖乙所示，由圖象可知a的質(zhì)量如(選填“大于”或

“小于"屹的質(zhì)量?jī)z.

(3)通過分析發(fā)現(xiàn)造成上值偏小的原因是實(shí)驗(yàn)中存在各種阻力，已知實(shí)驗(yàn)所用重

物的質(zhì)量〃數(shù)=0.052kg,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.78m/s2,求出重物所受的平均阻

力Ff=N.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

5.6實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

i.實(shí)驗(yàn)原理(如圖所示)

通過實(shí)驗(yàn)，求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的重力勢(shì)能的減少量和對(duì)應(yīng)過程動(dòng)能的增加

量，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若二者相等，說明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守

恒定律.

實(shí)驗(yàn)器材

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交變電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、導(dǎo)線.

3.實(shí)驗(yàn)過程

(1)安裝器材：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上,用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源相連.

(2)打紙帶

用手豎直提起紙帶，使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近，先接通電源,再松開紙

堂，讓重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，取下紙帶，換上

新的紙帶重打幾條(3?5條)紙帶.

(3)選紙帶：從打出的幾條紙帶中選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶.

(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并驗(yàn)證.

4.數(shù)據(jù)處理

(1)求瞬時(shí)速度

由公式如可以計(jì)算出重物下落加、歷、例…的高度時(shí)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度

加、02、….

(2)驗(yàn)證守恒方案一：利用起始點(diǎn)和第〃點(diǎn)計(jì)算

代入〃吆力"和品0"2,如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，〃儂2"和當(dāng)相等，則驗(yàn)證

了機(jī)械能守恒定律.

注意：應(yīng)選取最初第1、2兩點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶(電源頻率為50Hz).

方案二：任取兩點(diǎn)計(jì)算

①任取兩點(diǎn)A、B,測(cè)出自B,算出

②算出5nM2的值.

③在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若m=3加辦2,則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定

律.

方案三：圖像法

測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度人并計(jì)算對(duì)應(yīng)速度。，然后以上2為縱軸,

以力為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出/2—〃圖像.若在誤差允許的范圍內(nèi)圖像是一條

過原點(diǎn)且斜率為區(qū)的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.

5.注意事項(xiàng)

(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直：安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直

線上，以減小摩擦阻力.

(2)重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的.

(3)應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，后松開紙帶讓重物下落.

(4)測(cè)長(zhǎng)度，算速度：某時(shí)刻的瞬時(shí)速度的計(jì)算應(yīng)用0”=加虧Q,不能用外=

、2g%”或Vn=gt來計(jì)算.

(5)此實(shí)驗(yàn)中不需要測(cè)量重物的質(zhì)量.

教材原型實(shí)驗(yàn)

例題1.

在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，小王用如圖甲所示的裝置，讓重物從靜止開

始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖乙所示.。點(diǎn)是打下的第一個(gè)

點(diǎn)，A、B、。和。為另外4個(gè)連續(xù)打下的點(diǎn).

甲乙(1)為了減小實(shí)驗(yàn)

誤差，對(duì)體積和形狀相同的重物，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇密度大的理由是.

(2)已知交流電頻率為50Hz,重物質(zhì)量為200g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.80m/s2,

則從。點(diǎn)到C點(diǎn)，重物的重力勢(shì)能變化量的絕對(duì)值尸J、。點(diǎn)的動(dòng)能

Ekc=J(計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字).比較Eke與公團(tuán)的大小，出現(xiàn)

這一結(jié)果的原因可能是.

A.工作電壓偏高

B.存在空氣阻力和摩擦力

C.接通電源前釋放了紙帶

【答案】⑴阻力與重力之比更小(或其他合理解釋)(2)65470.588C

【解析】

⑴在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，阻力越小越好，體積和形狀相同的重物,

密度大的阻力與重力之比更小.

(2)由題圖乙可知OC之間的距離為xoc=27.90cm,因此重力勢(shì)能的減少量為

|A￡P(guān)|=mgxoc=0.2X9.8X0.2790J^O.547J

勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻的速度等于這段時(shí)間的平均速度，因此

XBD0.330-0.233

VC=2T=2X0.02m/s=2.425m/s

因此動(dòng)能的增加量為0.2X2.4252J^0.588J

工作電壓偏高不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的誤差，存在摩擦力會(huì)使重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能

的增加量，只有提前釋放了紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位置的速度

偏大才會(huì)導(dǎo)致動(dòng)能的增加量大于重力勢(shì)能的減少量.

G國(guó)定?用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,實(shí)驗(yàn)所用的電源為

學(xué)生電源，可輸出交流電和直流電.重錘從高處由靜止開始下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在

重錘拖著的紙帶上打出一系列的點(diǎn)，對(duì)圖中紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)

械能守恒定律.

審?qiáng)A子

重錘

(1)下列幾個(gè)操作步驟中:

A.按照?qǐng)D示，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置

B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“交流輸出”上

C.用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量

D.先釋放重錘，后接通電源，紙帶隨著重錘運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一

系列的點(diǎn)

E.測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離

F.根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能

沒有必要的是，操作錯(cuò)誤的是.(填步驟前相應(yīng)的字母)

⑵在使用質(zhì)量為利的重錘和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，在選定

的紙帶上依次取計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖所示，紙帶上所打的點(diǎn)記錄了重錘在不同時(shí)刻的位

置，那么紙帶的(填“左”或“右”)端與重錘相連.設(shè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的

打點(diǎn)周期為T,且“0”為打下的第一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)“3”時(shí)，重錘

的動(dòng)能表達(dá)式為,若以重錘的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)“0”為參考點(diǎn)，當(dāng)打

點(diǎn)“3”時(shí)重錘的機(jī)械能表達(dá)式為

【答案】⑴CD⑵左E『美產(chǎn)E=—僻3+%

【解析】

(1)在此實(shí)險(xiǎn)中不需要測(cè)出重錘的質(zhì)量，所以選項(xiàng)C沒必要；在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該先

接通電源，再釋放重錘，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤.

(2)因?yàn)槭亲杂陕潴w運(yùn)動(dòng)，下落的距離應(yīng)該是越來越大，所以紙帶左端與重錘相連.

YA----

打點(diǎn)“3”時(shí)的瞬時(shí)速度。3=/占，

工—一》u1.1X4~X2,m(X4—X2)2

重錘動(dòng)能的表達(dá)式Ek=3如3-=1皿)~=彳

重錘重力勢(shì)能的表達(dá)式EP——mgX3,

=_

重錘機(jī)械能的表達(dá)式E—￡P(guān)+Ekmgx3

如圖甲所示是用“落體法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置(g取

9.80m/s2).

12.41cm

+18.9()cm-

■?------27.06cm

乙丙(1)選出一條清晰

的紙帶如圖乙所示，其中。點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、&C為三個(gè)

計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50Hz的交變電流.用分度值為1mm的刻度尺

測(cè)得04=12.41cm,08=18.90cm,OC=27.06cm,在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和8、8和C

之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重錘的質(zhì)量為1.00kg.根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打

到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了J,此時(shí)重錘的速度VB=

m/s,此時(shí)重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了J.(結(jié)果均保留三

位有效數(shù)字)

⑵利用實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶，測(cè)量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距

禺h，算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度。，然后以。為橫軸、為縱軸作出如圖丙所

示的圖線，圖線的斜率近似等于—.

A.19.6B.9.80C.4.90

圖線未過原點(diǎn)O的原因是

【答案】

(1)1.851.831.67(2)B先釋放了紙帶，再接通了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源

【解析】

(1)當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減少了AEp=mgOB=

1.00X9.80X18.90

QQ—OA(27.06-12.41)X10~2

Xio-2J?^1.85J：打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度VB=—行—=

4X0.02

m/s=1.83m/s,此時(shí)重錘的動(dòng)能增加了△Ek=；〃WB2=gx1.00X1.832J-1.67J.

(2)由機(jī)械能守恒定律有:=可得上2=gm由此可知題圖丙圖線的斜率

近似等于重力加速度g,B正確；由題圖丙圖線可知，。=0時(shí)，重錘的速度不等

于零，原因是做實(shí)驗(yàn)時(shí)先釋放了紙帶，再接通了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源.

探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)可以從下列幾個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新

［由光電門測(cè)速度

i.速度測(cè)量方法的創(chuàng)新從測(cè)量紙帶上各點(diǎn)速度一《由頻閃照片測(cè)速度

〔由平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度

2.研究對(duì)象的創(chuàng)新

從單個(gè)物體創(chuàng)新為兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)，驗(yàn)證系統(tǒng)在某一過程機(jī)械能守恒.

3.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新

由驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律創(chuàng)新為測(cè)量彈簧的彈性勢(shì)能，測(cè)重力加速度.

例題2.

某同學(xué)用如圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

a.用電磁鐵吸住一個(gè)小鐵球，將光電門A固定在立柱上，光電門8固定在

立柱上的另一位置，調(diào)整它們的位置使三者在一條直線內(nèi)；

b.切斷電磁鐵電源，小鐵球開始下落，數(shù)字計(jì)時(shí)器測(cè)出小鐵球通過光電門

A和光電門B的時(shí)間分別為以、

請(qǐng)回答下列問題：

(1)切斷電磁鐵電源之前，需要調(diào)節(jié)底座螺絲，使立柱，以確保小鐵

球能通過兩個(gè)光電門；

(2)實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量是(填選項(xiàng)前的字母)。

A.小鐵球的質(zhì)量機(jī)

B.小鐵球的直徑d

C.光電門A、B間的距離自B

(3)小鐵球經(jīng)過光電門B時(shí)的速度可表示為(用測(cè)量的物理量表示)。

⑷在誤差允許范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒(用

測(cè)量的物理量和重力加速度g表示)?！敬鸢浮?1)豎直(2)BC(3)OB=1(4)件丫

-

【解析】

(1)切斷電磁鐵電源之前，需要調(diào)節(jié)底座螺絲，使立柱豎直，以確保小鐵球

能通過兩個(gè)光電門；

(2)鐵球通過光電門4、8的速度分別為

dd

和￡VB~~

0A=1tAtlf

若從A到B機(jī)械能守恒，則而一或

即vi~VA=2ghAB,即—(0=2gJ?AB

則實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量是小鐵球的直徑”以及光電門A、B間的距離

hAB,故選BC:

小鐵球經(jīng)過光電門時(shí)的速度可表示為UB

(3)3=7TB：

(4)在誤差允許范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式—圖2=2g/M8,即可驗(yàn)證機(jī)械能守

恒

某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示:

輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙

帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接.向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放

物塊，通過測(cè)量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能.

打點(diǎn)計(jì)畔多帶幽塊

~I~~I?

固定栓

(a)(1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟：

①把紙帶向左拉直

②松手釋放物塊

③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源④向左推物塊使彈簧壓縮，并測(cè)量彈簧壓縮量

上述步驟正確的操作順序是(填入代