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4.6 实验：验证机械能守恒定律 预习案 高一物理教科版（2019）必修第二册
1.验证只有重力做功时，系统的机械能守恒。
2.通过实验来研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，从而验证机械能守恒定律。
重点 验证只有重力做功时，系统的机械能守恒
难点 通过实验来研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，从而验证机械能守恒定律
一、温故知新：机械能守恒定律
（1）内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，①_____和②_____会发生相互转化，但③__________的总量保持不变。
（2）表达式：Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2。
（3）守恒条件：只有重力（或弹力）做功。
二、实验：验证机械能守恒定律
1．实验器材
铁架台（带夹子），④__________，重物（带纸带夹子），纸带，复写纸，导线，⑤__________，学生电源，开关。
2．实验装置
如图所示。
3．实验原理
（1）原理：做自由落体运动的物体，只受⑥_____作用，其机械能是守恒的。若质量为m的物体自由下落h高度时，速度为v，若v2＝gh成立，则机械能守恒定律得到验证。
（2）瞬时速度的求解：如下图所示，借助打点计时器打出的纸带，测出物体自由下落的高度h和该时刻的速度v。打第n个计数点时的瞬时速度等于以该时刻为中间时刻的某一段时间内的平均速度，即
vn＝＝。
答案：
①动能 ②势能 ③机械能 ④打点计时器 ⑤毫米刻度尺 ⑥重力
1.做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必须选取的器材是图中的( )
A.a和c B.a和d C.b和c D.b和d
2.用电磁打点计时器“研究自由下落物体的机械能”的实验装置如图所示，为减少阻力对实验的影响，下列操作可行的是( )
A.选用塑料材质的重物
B.将纸带安装在振针和复写纸之间
C.释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直
D.重锤下落时手始终提住纸带上端，以保持纸带竖直
3.某小组利用图示装置做“验证机械能守恒定律”实验，小球释放后，通过光电门1和2，实验中不是必须测量的物理量是( )
A.小球的质量 B.小球的直径
C.两光电门间的距离 D.小球分别通过两光电门的时间
4.如图甲所示，学生将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置做“验证机械能守恒定律”实验（已知当地的重力加速度为g）。
（1）实验室提供的器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、铁架台和带夹子的重物，此外还需要的器材是______。
A.天平及砝码 B.毫米刻度尺 C.直流电源 D.交流电源
（2）实验中得到如图乙所示的一条纸带（部分）。在纸带上选取三个连续打出的点，测得它们到起始点O的距离分别为，已知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，动能增加量______。
（3）该同学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，得到如图丙所示的图像，由图像可求得当地的重力加速度______m/s（保留两位小数）。
答案以及解析
1.答案：D
解析：实验中需要验证重锤重力势能的减小量和动能的增加量是否相等，所以需要重锤，且能够夹住纸带，b为重锤，a为砝码，应选择b，不需要a；打点计时器可以直接记录时间，不需要秒表；实验中需要刻度尺测量点迹间的距离，从而求解瞬时速度和下降的高度。故实验还需要重锤b和刻度尺d，D正确，ABC错误。
故选D。
2.答案：C
解析：A.相同体积的物体质量越大，阻力对实验的影响越小。而相同体积的塑料材质重物质量小，受的阻力大，不能选用，故A错误；
B.将纸带安装在复写纸的上方无法复写出点迹，应把纸带装在复写纸下面，故B错误；
C.释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直，避免因为纸带弯曲增大纸带和限位孔的摩擦，故C正确；
D.实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直，可以减小阻力。但重锤下落过程中，手不能拉着纸带，否则，拉力做功，机械能不守恒，故D错误；
故选C。
3.答案：A
解析：小球通过光电门的速度
小球通过两光电门过程，根据机械能守恒定律有
解得
可知，必须测量的物理量有小球的直径、两光电门间的距离与小球分别通过两光电门的时间，不是必须测量的物理量是小球的质量。
故选A。
4.答案：（1）BD（2）（3）9.70
解析：（1）A.验证机械能守恒定律，根据
不需要测出重物的质量，A错误；
B.需要测出下落的高度和末速度，需要用毫米刻度尺测量纸带上的点的距离，B正确；
CD.打点计时器需要用交流电源，C错误，D正确。
故选BD。
（2）B点的速度为
动能增加量为
（3）根据
有
图像的斜率为
解得

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