高考物理創(chuàng)新（基礎課能力課實驗課）版課件第五章機械能實驗五

實驗五驗證機械能守恒定律

注意事項1.打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內以減少摩擦阻力。2.重物密度要大：重物應選用質量大、密度大的材料。3.一先一后：應先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落。熱點一實驗原理與實驗操作【例1】利用圖1裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。圖1(1)為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的________。A.動能變化量與勢能變化量B.速度變化量與勢能變化量C.速度變化量與高度變化量(2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導線及開關外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________。A.交流電源

B.刻度尺

C.天平(含砝碼)(3)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖2所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC。已知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T。設重物的質量為m。從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝________，動能變化量ΔEk＝________。(4)大多數(shù)學生的實驗結果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是________。圖2熱點二數(shù)據(jù)處理與分析【例2】

(2017·江蘇宿遷模擬)某同學用如圖3所示裝置驗證機械能守恒定律時，所用交流電源的頻率為50Hz，得到如圖4所示的紙帶。選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起點O的距離為s0＝19.00cm，點A、C間的距離為s1＝8.36cm，點C、E間的距離為s2＝9.88cm，g取9.8m/s2，測得重物的質量為m＝1kg。圖3(1)下列做法正確的有__________。A.圖3中兩限位孔必須在同一豎直線上B.實驗前，手應提住紙帶上端，使紙帶豎直C.實驗時，先放開紙帶，再接通打點計時器的電源D.數(shù)據(jù)處理時，應選擇紙帶上距離較近的兩點作為初、末位置(2)選取O、C兩點為初、末位置驗證機械能守恒定律，重物減少的重力勢能是__________J，打下C點時重物的速度大小是__________m/s。(結果保留3位有效數(shù)字)圖4(4)重物減少的重力勢能總是略大于增加的動能，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是__________________。(寫出一條即可)解析(1)題圖中兩限位孔必須在同一豎直線上，實驗前手應提住紙帶上端，并使紙帶豎直，這是為了減小打點計時器與紙帶之間的摩擦，選項A、B正確；實驗時，應先接通打點計時器的電源再放開紙帶，選項C錯誤；數(shù)據(jù)處理時，應選擇紙帶上距離較遠的兩點作為初、末位置，以減小長度的測量誤差，選項D錯誤。(4)在實驗過程中，紙帶與打點計時器之間的阻力、空氣阻力是存在的，克服阻力做功損失了部分機械能，因此實驗中重物減小的重力勢能總是略大于增加的動能。答案(1)AB

(2)2.68

2.28

(3)C

(4)重物受到空氣阻力(或紙帶與打點計時器之間存在阻力)熱點三實驗的改進與創(chuàng)新1.實驗器材的創(chuàng)新 (1)利用細線系住鋼球來驗證機械能守恒定律。 (2)利用光電門測鋼球經(jīng)過光電門的速度。2.實驗原理的創(chuàng)新

小球重力勢能的減少量等于小球下擺過程中動能的增加量。3.誤差分析與實驗改進

因空氣阻力做負功，導致ΔEk＜ΔEp，所以改進方案應從修正鋼球速度大小的角度來設計。4.本實驗還可以從以下兩個方面創(chuàng)新 (1)利用氣墊導軌驗證。 (2)利用牛頓管和頻閃照相進行驗證。圖5(3)下表為該同學的實驗結果：圖6ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點？請說明理由。(4)請你提出一條減小上述差異的改進建議。解析(1)鋼球下落高度h，應測量釋放時球心到鋼球在A點時的球心之間的豎直距離，故選B。答案(1)B

(2)1.50

1.50

(3)不同意理由見解析(4)見解析在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，電源的頻率為50Hz，依次打出的點為0，1，2，3，4…n。則：(1)如用第2點到第6點之間的紙帶來驗證，必須直接測量的物理量為__________________、_________