高中物理必修二《85實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》學(xué)案

1、8.5 實(shí)驗(yàn) ：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律2.熟悉瞬時(shí)速度的測(cè)量方法3.能正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因【課堂合作探究】機(jī)械能守恒定律告訴我們，在只有重力或彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化時(shí)總的機(jī)械能保持不變。下面我們通過實(shí)驗(yàn)來研究物體運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能與重力勢(shì)能的變化，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。上一節(jié)課我們只是從物理學(xué)知識(shí)推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律，物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，任何規(guī)律、公式都要經(jīng)得起實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，本節(jié)通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒的定律，進(jìn)一步加深對(duì)該規(guī)律的理解。一、實(shí)驗(yàn)思路在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化

2、，而總的機(jī)械能保持不變。二、物理量測(cè)量研究對(duì)象確定后，還需要明確所需測(cè)量的物理量和實(shí)驗(yàn)器材。根據(jù)重力勢(shì)能和動(dòng)能的定義，很自然地想到，需要測(cè)量物體的質(zhì)量、物體所處位置的高度以及物體的運(yùn)動(dòng)速度這三個(gè)物理量。方案設(shè)計(jì)示例1、實(shí)驗(yàn)原理（1）在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變?nèi)粑矬w某時(shí)刻瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，則重力勢(shì)能的減少量為mgh， 動(dòng)能的增加量為 mv2，看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律（2）速度的測(cè)量：做勻變速運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度vt 計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)瞬時(shí)速度的方法是：測(cè)出第n個(gè)點(diǎn)

3、的相鄰前后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離xn和xn1，由公式vn 或vn 算出，如圖實(shí)所示2、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、學(xué)生電源等。問題1：本實(shí)驗(yàn)要不要測(cè)量物體的質(zhì)量？問題2：對(duì)于實(shí)際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)就是紙帶剛開始下落時(shí)打下的呢？問題3：如何測(cè)量物體的瞬時(shí)速度?4、實(shí)驗(yàn)步驟（1）器材安裝：如圖所示，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)器與低壓交流電源相連，此時(shí)電源開關(guān)應(yīng)為斷開狀態(tài)（2）打紙帶：把紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，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，應(yīng)先接通電源，.待計(jì)時(shí)器打點(diǎn)

4、穩(wěn)定后再松開紙帶，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條5條)（3）選紙帶：分兩種情況說明 應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近2 mm的紙帶，若1、2兩點(diǎn)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(gè)點(diǎn)就不是運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)了，這樣的紙帶不能選（3）選紙帶：分兩種情況說明用 mgh驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性，處理紙帶時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離是否為2 mm就無關(guān)緊要了，所以只要后面的點(diǎn)跡清晰就可選用。（4）求瞬時(shí)速度 在第一個(gè)打點(diǎn)上標(biāo)出O，并從稍靠后的某一點(diǎn)開始，以后每隔四個(gè)點(diǎn)依

5、次標(biāo)出1、2、3、4并量出各點(diǎn)到位置O的距離h1、h2、h3、h4.用公式vn 計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、v4 .（5）守恒驗(yàn)證方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算代入ghn和如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，ghn 則說明機(jī)械能守恒定律是正確的方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算(1)任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出ghAB.(2)算出 的值(3)如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，ghAB則說明機(jī)械能守恒定律是正確的 方法三：圖象法從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以 v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出 v2h圖線圖象法處理數(shù)據(jù)若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是

6、一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律（6）誤差分析本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力 (空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)做功，故動(dòng)能的增加量Ek 稍小于重力勢(shì)能的減少量Ep，即EkEp，這屬于系統(tǒng)誤差改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來源于長(zhǎng)度的測(cè)量，屬偶然誤差減小誤差的辦法是測(cè)下落距離時(shí)都從O點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完，或者多次測(cè)量取平均值打點(diǎn)計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的誤差A(yù).由于交流電周期的變化，引起打點(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差；B.計(jì)數(shù)點(diǎn)選擇不好，振動(dòng)片振動(dòng)不均勻，紙帶放置方法不正確引起摩擦，造成實(shí)驗(yàn)誤差(7)注意事項(xiàng)應(yīng)盡可能控制實(shí)驗(yàn)條件，即

7、應(yīng)滿足機(jī)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：A.安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小摩擦阻力B.應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小實(shí)驗(yàn)中，提紙帶的手要保持不動(dòng)，且保證紙帶豎直接通電源后，等打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再松開紙帶驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)，可以不測(cè)出物體質(zhì)量，只要比較 和ghn是否相等即可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒但需選取密度較大的物體做重錘，以相對(duì)減小空氣阻力的影響。測(cè)量下落高度時(shí)，為了減小測(cè)量值h的相對(duì)誤差，選取 的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些，紙帶也不易過長(zhǎng)，有效長(zhǎng)度可在60 cm80 cm之

8、間請(qǐng)你嘗試設(shè)計(jì)以下以下兩種方案設(shè)計(jì)思路：【課堂檢測(cè)】1.(2019雙峰一中高一下學(xué)期期末)某同學(xué)用如圖4甲所示裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”時(shí)，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(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A點(diǎn)距起點(diǎn)O的距離為s019.00 cm，點(diǎn)A、C間的距離為s18.36 cm，點(diǎn)C、E間的距離為s29.88 cm，g取9.8 m/s2，測(cè)得重物的質(zhì)量為m1 kg.(1)下列做法正確的有_.A.必須要稱出重物和夾子的質(zhì)量B.圖中兩限位孔必須在同一豎直線上C.將連著重物的紙帶穿過限位孔，用手提住，且讓手盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器D.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開紙帶，再接通打

9、點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源E.數(shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)選擇紙帶上距離較近的兩點(diǎn)作為初、末位置(2)選取O、C兩點(diǎn)為初、末位置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，重物減少的重力勢(shì)能是_J，打下C點(diǎn)時(shí)重物的速度大小是_m/s.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(3)根據(jù)紙帶算出打下各點(diǎn)時(shí)重物的速度v，量出下落距離s，則以 為縱坐標(biāo)、s為橫坐標(biāo)畫出的圖像應(yīng)是下列選項(xiàng)中的_.2.現(xiàn)利用如圖所示裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”.圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30，1和2是固定在斜面上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與它們連接的數(shù)字計(jì)時(shí)器都沒有畫出.讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為5.00102 s、2.00102

10、 s.已知滑塊質(zhì)量為2.00 kg，滑塊沿斜面方向的長(zhǎng)度為5.00 cm，光電門1和2之間的距離為0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的速度為其平均速度.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(1)滑塊通過光電門1時(shí)的速度v1_ m/s，通過光電門2時(shí)的速度v2_ m/s.(2)滑塊通過光電門1、2之間的動(dòng)能增加量為_ J，重力勢(shì)能的減少量為_ J.(3)實(shí)驗(yàn)可以得出的結(jié)論：_.3.（2021江蘇南京一中高三月考）如圖是“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的裝置，氣墊導(dǎo)軌上安裝了1、2兩個(gè)光電門，滑塊上固定一豎直遮光條，滑塊用細(xì)線繞過定滑輪與鉤碼相連，細(xì)線與導(dǎo)軌平行。在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平時(shí)，滑塊不掛鉤

11、碼和細(xì)線，接通氣源后，給滑塊一個(gè)初速度，使它從軌道右端向左運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)滑塊通過光電門2的時(shí)間大于通過光電門1的時(shí)間。為使氣墊導(dǎo)軌水平，可采取的措施是（ ）A調(diào)節(jié)P使軌道左端升高一些B調(diào)節(jié)P使軌道左端降低一些C遮光條的寬度應(yīng)適當(dāng)大一些D滑塊的質(zhì)量增大一些 4.利用如圖所示的裝置探究系統(tǒng)機(jī)械能守恒，在滑塊B上安裝寬度為L(zhǎng)(較小)的遮光板(遮光板質(zhì)量忽略不計(jì))，把滑塊B放在水平放置的氣墊導(dǎo)軌上，通過跨過定滑輪的繩與鉤碼A相連，連接好光電門與數(shù)字毫秒計(jì)，兩光電門間距離用s表示.數(shù)字毫秒計(jì)能夠記錄遮光板先后通過兩個(gè)光電門的時(shí)間t1、t2，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.請(qǐng)分析回答下列問題：(做勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體極短

12、時(shí)間內(nèi)的平均速度近似為該時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)刻的瞬時(shí)速度)(1)為完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)，除了上面提到的相關(guān)物理量之外，還需要測(cè)量的量有 (均用字母符號(hào)表示，并寫清每個(gè)符號(hào)表示的物理意義)；(2)滑塊先后通過兩個(gè)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v1_、v2_(用題中已給或所測(cè)的物理量符號(hào)來表示)；(3)在本實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證機(jī)械能守恒的表達(dá)式為_(用題中已給或所測(cè)的物理量符號(hào)來表示).5.利用氣墊導(dǎo)軌“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示.水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上有一裝有長(zhǎng)方形擋光片的滑塊，總質(zhì)量為M，滑塊左端由跨過光滑輕質(zhì)定滑輪的細(xì)繩和一質(zhì)量為m的小球相連.導(dǎo)軌上的B點(diǎn)有一光電門，可以測(cè)量擋光片經(jīng)

13、過光電門的時(shí)間t.實(shí)驗(yàn)時(shí)滑塊由A處?kù)o止釋放，用L表示A、B兩點(diǎn)間的距離，d表示擋光片的寬度.(1)某次實(shí)驗(yàn)導(dǎo)軌的傾角為，設(shè)重力加速度為g，則滑塊從A點(diǎn)到通過B點(diǎn)時(shí)m和M組成的系統(tǒng)的動(dòng)能增加量Ek_，系統(tǒng)的重力勢(shì)能減少量Ep_，在誤差允許的范圍內(nèi)，若EkEp，則可認(rèn)為系統(tǒng)的機(jī)械能守恒.(2)設(shè)滑塊經(jīng)過B點(diǎn)的速度為v，某同學(xué)通過改變A、B間的距離L，測(cè)得傾角37時(shí)滑塊的v2L的關(guān)系如圖乙所示，并測(cè)得M0.5m，則重力加速度g_ m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，sin 370.6，cos 370.8).【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】某同學(xué)用如圖1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

14、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d的遮光條(質(zhì)量不計(jì))。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由計(jì)時(shí)器測(cè)出，取v=dt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)算并比較鋼球從釋放點(diǎn)擺至A點(diǎn)過程中重力勢(shì)能減少量Ep與動(dòng)能增加量Ek，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。 (1)用Ep=mg計(jì)算鋼球重力勢(shì)能的減少量，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 (2)用Ek=12mv2計(jì)算鋼球動(dòng)能增加量，用刻度尺測(cè)量遮光條寬度，示數(shù)如圖2所示，其讀數(shù)

15、為_cm，某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.0040秒，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：Ep(102)J4.899.7914.6919.5929.38Ek(102)J5.0410.1015.1020.0029.80 他發(fā)現(xiàn)表中的Ep與Ek之間存在差異，他認(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._用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開始下落：(1)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是_(填字母代號(hào))。A.應(yīng)選擇質(zhì)量大、體積小的重物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)B.釋放紙帶之前，紙帶必須處于豎直狀態(tài)C.先釋放紙帶，后接通電

16、源(2)實(shí)驗(yàn)中，得到如圖所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O(O點(diǎn)與下一點(diǎn)的間距接近2mm)的距離分別為A、B、C。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T。設(shè)重物質(zhì)量為m。從打O點(diǎn)到B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢(shì)能變化量Ep=_，動(dòng)能變化量Ek=_(用已知字母表示)。(3)某同學(xué)用如圖所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，將力傳感器固定在天花板上，細(xì)線一端系著小球，一端連在力傳感器上。將小球拉至水平位置從靜止釋放，到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)力傳感器顯示的示數(shù)為F0。已知小球質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。在誤差允許范圍內(nèi)，當(dāng)滿足關(guān)系式_時(shí)，可驗(yàn)證機(jī)械能守恒。某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖(

17、a)所示的裝置來研究機(jī)械能是否守恒。輕質(zhì)細(xì)線的上端固定在O點(diǎn)，下端連接圓柱形的擺錘P，在擺錘擺動(dòng)的路徑上，固定了四個(gè)光電門A、B、C、D.實(shí)驗(yàn)時(shí)，分別測(cè)出四個(gè)光電門到懸點(diǎn)O的高度差h，從某一高度釋放擺錘，利用光電門測(cè)出擺錘經(jīng)過四個(gè)光電門的速度。(1)利用光電門測(cè)量速度時(shí)，可以測(cè)量擺錘的直徑作為_。若擺錘直徑的測(cè)量值比實(shí)際值偏小，則擺錘動(dòng)能的測(cè)量值比實(shí)際值_。(2)該同學(xué)認(rèn)為：測(cè)得擺錘的質(zhì)量為m，可由公式Ep=mg計(jì)算出擺錘在A、B、C、D四個(gè)位置的重力勢(shì)能。他這樣計(jì)算重力勢(shì)能的依據(jù)是_。(3)另一同學(xué)在得到擺錘經(jīng)過四個(gè)光電門的速度v和光電門距離懸點(diǎn)O的高度差h后，作出如圖(b)所示的v2圖線。

18、若擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，則該直線的斜率為_。決定圖線與縱軸交點(diǎn)位置的因素有：_。某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。一傾斜導(dǎo)軌與水平桌面的夾角為，導(dǎo)軌底端P點(diǎn)有一帶擋光片的滑塊，滑塊和擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片的寬度為b，滑塊與沙桶由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩相連，滑塊與導(dǎo)軌間的摩擦可忽略，導(dǎo)軌上的Q點(diǎn)處固定一個(gè)光電門。擋光片到光電門的距離為d，重力加速度為g。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)進(jìn)行了如下操作：調(diào)節(jié)細(xì)沙的質(zhì)量，使滑塊和沙桶恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，則沙桶和細(xì)沙的總質(zhì)量為_。(用已知物理量和字母表示)在沙桶中再加入質(zhì)量為m的細(xì)沙，讓滑塊從P點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，已知光電門記錄擋光片擋光的

19、時(shí)間為t，則滑塊通過Q點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度為_。(用已知物理量和字母表示)(2)在滑塊從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過程中，滑塊的機(jī)械能增加量E1=_。沙桶和細(xì)沙的機(jī)械能減少量E2=_。(均用已知物理量和字母表示)(3)若在誤差允許的范圍內(nèi)，E1=E2，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證。某興趣小組利用圖甲所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中力的傳感器固定在豎直放置的支架上，細(xì)繩一端固定在傳感器掛鉤上，另一端懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的小球，懸點(diǎn)到球心距離為l。將小球拉到細(xì)線與豎直夾角為后由靜止釋放，力的傳感器每隔0.01s顯示一次數(shù)值，找到拉力的最大值Fm。改變角大小，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。下表是某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(1) 請(qǐng)?jiān)趫D乙上補(bǔ)全第6

20、、7、8組的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并畫出Fmcos圖線。(2)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若Fm與cos的關(guān)系滿足_(用題中所給符號(hào)表示)時(shí)，可驗(yàn)證小球擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。(3)在繪制圖線過程發(fā)現(xiàn)第7組數(shù)據(jù)存在較大誤差，則造成該實(shí)驗(yàn)誤差的原因可能為_。A.小球下擺過程所受阻力過大B.小球釋放時(shí)具有一定的初速度C.懸點(diǎn)到球心間距測(cè)量值偏大某同學(xué)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)操作如下：用電磁鐵吸住一個(gè)小鐵球，將光電門固定在立柱上，且與小鐵球底部處于同一水平位置，光電門B固定在立柱上的另一位置；切斷電磁鐵電源，小鐵球開始下落，數(shù)字計(jì)時(shí)器測(cè)出小鐵球從光電門A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間t。請(qǐng)回答下列問題：(1)切斷電磁

21、鐵電源之前，需要調(diào)節(jié)底座螺絲，使立柱處于_，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mB.小鐵球的直徑dC.光電門A、B間的距離h(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)在誤差允許的范圍內(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)學(xué)生實(shí)驗(yàn)“用DIS研究機(jī)械能守恒定律”的裝置如圖甲所示，某組同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，選擇DIS以圖象方式顯示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，所顯示的圖象如圖乙所示圖象的橫軸表示小球距D點(diǎn)的高度h，縱軸表示擺球的重力勢(shì)能EP、動(dòng)能Ek或機(jī)械能E.試回答下列問題：(1)在定量研究

22、機(jī)械能守恒定律之前需要進(jìn)行定性研究的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中用到圖中的定位擋片，它的作用是( )(單項(xiàng)選擇)A.保證小球每次從同一高度釋放B.保證小球每次擺到同一高度C.觀察受到阻擋后小球能否擺到另外一側(cè)接近釋放時(shí)的同一高度D.觀察受到阻擋前后小球在兩側(cè)用時(shí)是否相同(2)圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，傳感器K的名稱是 。(3)圖乙的圖象中，表示小球的重力勢(shì)能EP、動(dòng)能Ek、機(jī)械能E隨小球距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線分別是(按順序填寫相應(yīng)圖線所對(duì)應(yīng)的文字：“甲”、“乙”、“丙”)參考答案【課堂檢測(cè)】答案見課件【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】1.【答案】(1)B； (2)1.50；3.75 (3)不同意，如果差異是由于空氣阻力造成的，則

23、EK應(yīng)小于EP【解析】(1)小球下落的高度h是初末位置球心之間的高度差；故AC錯(cuò)誤，B正確；故選B；(2)刻度尺讀數(shù)的方法，需估讀一位，所以讀數(shù)為1.50cm；某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.0040s，則鋼球的速度為：v=dt=1.51020.004m/s=3.75m/s；(3)不同意；如果差異是由于空氣阻力造成的，則EK應(yīng)小于EP故答案為：(1)B； (2)1.50；3.75 (3)不同意，如果差異是由于空氣阻力造成的，則EK應(yīng)小于EP2.【答案】(1)AB(2)mgB，12mCA2T2(3)F0=3mg【解析】(1)A.由該實(shí)驗(yàn)的誤差分析可知，重物質(zhì)量越小、體積越大，則其受的空氣阻力不能忽

24、略，故在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)選擇質(zhì)量大、體積小的重物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，故A正確；B.為減小紙帶與限位孔間的摩擦，釋放紙帶之前，紙帶必須處于豎直狀態(tài)，故B正確；C.由實(shí)驗(yàn)步驟可知，應(yīng)先接通電源，當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再釋放紙帶，故C錯(cuò)誤。故選AB；(2)由重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系可知，從打O點(diǎn)到B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢(shì)能變化量：Ep=mgB，由平均速度解得打B點(diǎn)時(shí)重物的瞬時(shí)速度：vB=CA2T，該過程的動(dòng)能增量為：Ek=12mvB2=12mCA2T2；(3)在最低點(diǎn)，由牛頓第二定律可得：F0mg=mv2r，解得此時(shí)球的動(dòng)能為：12mv2=12F0mgr，球由靜止釋放后，到到達(dá)最低點(diǎn)過程，若滿足機(jī)械能守恒，則有

25、：12mv2=mgr，聯(lián)立解得：mgr=12F0mgr，解得F0=3mg故填：(1)AB；(2)mgB，12mCA2T2；(3)F0=3mg。3.【答案】(1)擋光片寬度，偏小；(2)選取過O點(diǎn)的水平面為零勢(shì)能面；(3)2g，擺錘釋放時(shí)的初速度；【解析】(1)利用光電門測(cè)量速度是利用擋光片的寬度與擋光時(shí)間的比值，即v=dt，當(dāng)擺錘直徑d的測(cè)量值比實(shí)際值偏小時(shí)，則對(duì)應(yīng)的速度和擺錘動(dòng)能也偏??；(2)當(dāng)選取過O點(diǎn)的水平面為零勢(shì)能面時(shí)，可用公式Ep=mg計(jì)算出擺錘在A、B、C、D四個(gè)位置的重力勢(shì)能；(3)根據(jù)機(jī)械能守恒有：mg=12mv2，化簡(jiǎn)得：v2=2g，由此可知：若機(jī)械能守恒v2圖線的為2g，當(dāng)重錘下落的高度為0時(shí)，重錘的速度不為0，說明了操作中重錘有初速度；故答案為：(1)擋光片寬度，偏?。?2)選取過O點(diǎn)的水平面為零勢(shì)能面；(3)2g，擺錘釋放時(shí)的初速度。4.【答案】；bt；Msin+mgd12Msin+mbt2?！窘馕觥拷猓?1)設(shè)沙桶和沙的質(zhì)量為m，有，解得；極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度，則滑塊通過Q點(diǎn)的瞬時(shí)速度v=bt；(2)在滑塊從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過程中，滑塊的動(dòng)能增加，重力勢(shì)能增加，則機(jī)械能增加量為，沙桶和細(xì)沙重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，則沙桶和細(xì)沙機(jī)械能的減小量為；故答案為：；bt；Msin+mgd12