资源简介

(共34张PPT)
五、 实验：验证机械能守恒定律
机械能守恒定律
第八章
　高中物理　必修二
知 识 点 一
(一) 实验思路
机械能守恒的前提条件是“只有重力或弹力做功”，设计实验验证机械能守恒定律时首先要满足这一条件。
做自由落体运动的物体只受重力，因此只有重力做
功，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械
能保持不变。如图所示，若物体某时刻瞬时速度为
v，下落高度为h，则重力势能的减少量为ΔEp＝
mgh，动能的增加量为ΔEk＝mv2，判断它们在实
验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机
械能守恒定律。
(二) 实验步骤
1. 安装置：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与交流电源相连接。
2. 接电源，打纸带：把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，先接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落。重复几次，打出3~5条纸带。
3. 选纸带：选取点迹较为清晰的纸带，从距起始点O较远的点开始计数，并依次标上1，2，3，…
(三) 数据处理
1. 数据处理
测出O到点1、点2、点3、…的距离，即对应的下落的高度h1，h2，h3，…，利用公式vn＝计算出在打点1、点2、点3…时重物的瞬时速度v1，v2，v3，…
2. 结论验证
方法一：比较gh和v2的值，如果在实验误差允许的范围内，gh＝v2，则机械能守恒定律是正确的。
方法二：(1)任取两点A、B，测出hAB，算出ghAB；
(2)算出的值；
(3)在实验误差允许的范围内，若ghAB＝，则机械能守恒定律是正确的。
方法三：图像法。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v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2－h图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律是正确的。
(四) 注意事项
1. 安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。
2. 应选用质量和密度较大的重物。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，从而使空气阻力减小。
3. 实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，尽量保证前面几个点是清晰的。
4. 测量高度h时，应从起始点算起。为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在60~80 cm。
5. 因为是通过比较v2和gh是否相等来验证机械能是否守恒，所以不需测量重物的质量m。
6. 速度不能用v＝gt或v＝计算，而应从纸带上直接进行测量计算。
(五) 实验误差
1. 偶然误差
测量长度时会带来误差，减小误差的办法是：
(1)测距离时都从选取的起始点(O点)量起；
(2)多测几次取平均值。
2. 系统误差
实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器和空气的阻力)做功，故动能的增加量必然稍小于重力势能的减少量。
例1　某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律时，所用交流电源的频率为50 Hz，得到如图乙所示的纸带。选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为x0＝19.00 cm，点A、C间的距离为x1＝8.36 cm，点C、E间的距离为x2＝9.88 cm，g取9.8 m/s2，测得重物的质量为m＝
1 kg。
甲 乙
(1)下列做法中，正确的是____________。
A. 图甲中两限位孔必须在同一竖直线上
B. 实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直
C. 实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源
D. 数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置
(2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是____________J，打下C点时重物的速度大小是____________m/s。(结果均保留三位有效数字)
AB
2.68
2.28
(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离x，则以为纵坐标、x为横坐标画出的图像应是图中的_________。
C
A. 　B.　 C.　 D.
(4)重物减少的重力势能总是略大于增加的动能，产生这一现象
的原因是_______________________________________________。
(写出一条即可)
重物受到空气阻力(或纸带与打点计时器之间存在阻力
【解析】 (1)图甲中两限位孔必须在同一竖直线上，实验前手应提住纸带上端，并使纸带竖直，这是为了减小打点计时器与纸带之间的摩擦，A、B正确；实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开纸带，C错误；数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小长度的测量误差，D错误。
(2)重物减少的重力势能为ΔEp＝mg(x0＋x1)≈2.68 J。由于重物下落时做匀变速运动，根据匀变速直线运动任意时间段中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可知，打下C点时重物的速度为vC＝＝2.28 m/s。　
(3)重物自由下落过程中机械能守恒，可以得出mgx＝mv2，即gx＝v2，所以－x图像应是一条过原点的倾斜直线，C正确。
(4)在实验过程中，纸带与打点计时器之间的摩擦阻力、空气阻力是存在的，克服阻力做功损失了部分机械能，因此实验中重物减少的重力势能总是略大于增加的动能。
例2　如图所示为某实验小组做“验证机械能守恒定律”的实验装置，光电门A、B固定在气垫导轨上，细线两端分别与钩码和滑块相连，重力加速度为g。
(1)实验的主要操作如下：
①按图组装好实验器材；
②让滑块从气垫导轨上光电门A的右侧某位置由静止释放；
③分别记录遮光条通过光电门A、B所用的时间t1、t2；
④改变光电门B的位置，进行多次实验。
为完成该实验，还缺少的主要操作是____________________。
将气垫导轨调节水平
(2)实验中还需要测量的物理量有____________。
①滑块的长度D；
②遮光条的宽度d；
③两个光电门之间的距离L；
④滑块(含遮光条)的质量M；
⑤钩码的质量m。
②③④⑤
(3)对于滑块(含遮光条)和钩码组成的系统，重力势能的减少量
ΔEp＝______，动能的增加量ΔEk＝______________________。
(均用上述所给的字母表示)
mgL
(M＋m)
(4)实验小组处理采集的多组数据并在ΔEp－ΔEk坐标系中描点
作图，如图所示，若两轴的标度相同，造成该实验结果的原因
是__________________________________。
气垫导轨没有调水平且光电门B端偏低
【解析】 (1)为完成该实验，还缺少的主要操作是将气垫导轨调节水平。
(2)滑块经过两个光电门时的速度分别为v1＝、v2＝，要验证的关系为mgL＝(M＋m)()＝(M＋m)·，则要测量的物理量是：②遮光条的宽度d；③两个光电门之间的距离L；④滑块(含遮光条)的质量M；⑤钩码的质量m。
(3)对于滑块(含遮光条)和钩码组成的系统，重力势能的减少量ΔEp＝mgL；动能的增加量ΔEk＝(M＋m)·。
(4)根据ΔEp－ΔEk图像，若ΔEp＝ΔEk，则直线倾角应为45°，而现在图中直线倾角为42°，可知ΔEp＜ΔEk，原因可能是滑块的重力做正功造成的，即气垫导轨没有调水平且光电门B端偏低。
随 堂 检 测
1. (多选)某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操
作步骤中，正确的是(　 　)
A. 把电磁打点计时器固定在铁架台上，并用导线连接到低压交流电源上
B. 把连有重物的纸带穿过限位孔，将纸带和重物提升到一定高度
C. 先释放纸带，再接通电源
D. 更换纸带，重复实验，处理数据
【解析】 在做“验证机械能守恒定律”的实验时，应先接通电源，后释放纸带，C错误，A、B、D正确。
ABD
2. 如图甲所示为“验证机械能守恒定律”的实验装置示意图。
甲 乙
(1)某同学按照正确操作选的纸带如图乙所示，其中O是起始点，A、B、C 是打点计时器连续打下的3个点，打点频率为50 Hz，该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C 各点的距离，并记录在图中(单位：cm)，重物的质量为m＝0.1 kg，根据以上数据，当打点计时器打下B点时，重物重力势能的减少量为____________J，动能的增加量为____________J。
(g取9.80 m/s2，结果均保留三位有效数字)
0.550
0.545
(2)通过作出图像的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度。从纸带上选取多个点，测量从起始点O到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的二次方v2，然后以v2为纵轴，以下落高度h为横轴，根据实验数据作出图像。若在实验误差允许的范围内，图像是一条过原点的直线，则可验证机械能守恒定律，则图线斜率表示的物理量是______________。
重力加速度g
【解析】 (1)当打点计时器打下B点时，重物重力势能的减少量为Ep1－Ep2＝mghB＝0.1×9.80×56.10×10－2 J≈0.550 J。B点的速度为vB＝ m/s＝3.3 m/s，则动能的增加量为ΔEk＝m×0.1×3.32 J≈0.545 J。
(2)根据机械能守恒定律有mgh＝mv2，则v2＝gh，图线斜率表示的物理量是重力加速度g。
3. 在“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，使质量为m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取的一条符合实验要求的纸带如图所示。O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度g取
9.80 m/s2，则：
(1)根据图中的数据，应取图中O点到____________点来验证机械能守恒定律。
(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp＝____________J，动能增加量ΔEk＝____________J。(结果均保留三位有效数字)
B
1.88
1.84
(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及重物下落的高度h，则以为纵轴，以h为横轴画
出的图像是图中的____________。
A. B. C. D.
A
【解析】 (1)因为通过某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，由此可以求出B点的速度，所以取图中O点到B点来验证机械能守恒定律。
(2)重物重力势能的减少量ΔEp＝mgΔh＝1.00×9.80×0.192 J≈1.88 J；B点的速度vB＝ m/s＝1.92 m/s，则B点的动能EkB＝m×1.00×1.922 J≈1.84 J，所以动能的增加量ΔEk＝1.84 J。
(3)根据mgh＝mv2知与h成正比，A正确。8.5 实验：验证机械能守恒定律
(一) 实验思路
机械能守恒的前提条件是“只有重力或弹力做功”，设计实验验证机械能守恒定律时首先要满足这一条件。
做自由落体运动的物体只受重力，因此只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。如图所示，若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为ΔEp＝mgh，动能的增加量为ΔEk＝mv2，判断它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。
(二) 实验步骤
1. 安装置：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与交流电源相连接。
2. 接电源，打纸带：把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，先接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落。重复几次，打出3~5条纸带。
3. 选纸带：选取点迹较为清晰的纸带，从距起始点O较远的点开始计数，并依次标上1，2，3，…
(三) 数据处理
1. 数据处理
测出O到点1、点2、点3、…的距离，即对应的下落的高度h1，h2，h3，…，利用公式vn＝计算出在打点1、点2、点3…时重物的瞬时速度v1，v2，v3，…
2. 结论验证
方法一：比较gh和v2的值，如果在实验误差允许的范围内，gh＝v2，则机械能守恒定律是正确的。
方法二：(1)任取两点A、B，测出hAB，算出ghAB；
(2)算出的值；
(3)在实验误差允许的范围内，若ghAB＝，则机械能守恒定律是正确的。
方法三：图像法。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v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2－h图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律是正确的。
(四) 注意事项
1. 安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。
2. 应选用质量和密度较大的重物。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，从而使空气阻力减小。
3. 实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，尽量保证前面几个点是清晰的。
4. 测量高度h时，应从起始点算起。为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在60~80 cm。
5. 因为是通过比较v2和gh是否相等来验证机械能是否守恒，所以不需测量重物的质量m。
6. 速度不能用v＝gt或v＝计算，而应从纸带上直接进行测量计算。
(五) 实验误差
1. 偶然误差
测量长度时会带来误差，减小误差的办法是：
(1)测距离时都从选取的起始点(O点)量起；
(2)多测几次取平均值。
2. 系统误差
实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器和空气的阻力)做功，故动能的增加量必然稍小于重力势能的减少量。
例1　某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律时，所用交流电源的频率为50 Hz，得到如图乙所示的纸带。选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为x0＝19.00 cm，点A、C间的距离为x1＝8.36 cm，点C、E间的距离为x2＝9.88 cm，g取9.8 m/s2，测得重物的质量为m＝1 kg。
甲
乙
(1)下列做法中，正确的是 。
A. 图甲中两限位孔必须在同一竖直线上
B. 实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直
C. 实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源
D. 数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置
(2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是 J，打下C点时重物的速度大小是 m/s。(结果均保留三位有效数字)
(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离x，则以为纵坐标、x为横坐标画出的图像应是图中的 。
A. 　B.　 C.　 D.
(4)重物减少的重力势能总是略大于增加的动能，产生这一现象的原因是 。(写出一条即可)
例2　如图所示为某实验小组做“验证机械能守恒定律”的实验装置，光电门A、B固定在气垫导轨上，细线两端分别与钩码和滑块相连，重力加速度为g。
(1)实验的主要操作如下：
①按图组装好实验器材；
②让滑块从气垫导轨上光电门A的右侧某位置由静止释放；
③分别记录遮光条通过光电门A、B所用的时间t1、t2；
④改变光电门B的位置，进行多次实验。
为完成该实验，还缺少的主要操作是 。
(2)实验中还需要测量的物理量有 。
①滑块的长度D；
②遮光条的宽度d；
③两个光电门之间的距离L；
④滑块(含遮光条)的质量M；
⑤钩码的质量m。
(3)对于滑块(含遮光条)和钩码组成的系统，重力势能的减少量ΔEp＝ ，动能的增加量ΔEk＝ 。(均用上述所给的字母表示)
(4)实验小组处理采集的多组数据并在ΔEp－ΔEk坐标系中描点作图，如图所示，若两轴的标度相同，造成该实验结果的原因是 。
　 随堂检测
　　　　　　　　　　　　　　　　
1. (多选)某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中，正确的是( )
A. 把电磁打点计时器固定在铁架台上，并用导线连接到低压交流电源上
B. 把连有重物的纸带穿过限位孔，将纸带和重物提升到一定高度
C. 先释放纸带，再接通电源
D. 更换纸带，重复实验，处理数据
2. 如图甲所示为“验证机械能守恒定律”的实验装置示意图。
甲
乙
第2题图
(1)某同学按照正确操作选的纸带如图乙所示，其中O是起始点，A、B、C 是打点计时器连续打下的3个点，打点频率为50 Hz，该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C 各点的距离，并记录在图中(单位：cm)，重物的质量为m＝0.1 kg，根据以上数据，当打点计时器打下B点时，重物重力势能的减少量为 J，动能的增加量为 J。(g取9.80 m/s2，结果均保留三位有效数字)
(2)通过作出图像的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度。从纸带上选取多个点，测量从起始点O到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的二次方v2，然后以v2为纵轴，以下落高度h为横轴，根据实验数据作出图像。若在实验误差允许的范围内，图像是一条过原点的直线，则可验证机械能守恒定律，则图线斜率表示的物理量是 。
3. 在“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，使质量为m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取的一条符合实验要求的纸带如图所示。O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度g取9.80 m/s2，则：
第3题图
(1)根据图中的数据，应取图中O点到 点来验证机械能守恒定律。
(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp＝ J，动能增加量ΔEk＝ J。(结果均保留三位有效数字)
(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及重物下落的高度h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图像是图中的 。
A. B.
C. D.8.5 实验：验证机械能守恒定律
(一) 实验思路
机械能守恒的前提条件是“只有重力或弹力做功”，设计实验验证机械能守恒定律时首先要满足这一条件。
做自由落体运动的物体只受重力，因此只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。如图所示，若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为ΔEp＝mgh，动能的增加量为ΔEk＝mv2，判断它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。
(二) 实验步骤
1. 安装置：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与交流电源相连接。
2. 接电源，打纸带：把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，先接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落。重复几次，打出3~5条纸带。
3. 选纸带：选取点迹较为清晰的纸带，从距起始点O较远的点开始计数，并依次标上1，2，3，…
(三) 数据处理
1. 数据处理
测出O到点1、点2、点3、…的距离，即对应的下落的高度h1，h2，h3，…，利用公式vn＝计算出在打点1、点2、点3…时重物的瞬时速度v1，v2，v3，…
2. 结论验证
方法一：比较gh和v2的值，如果在实验误差允许的范围内，gh＝v2，则机械能守恒定律是正确的。
方法二：(1)任取两点A、B，测出hAB，算出ghAB；
(2)算出的值；
(3)在实验误差允许的范围内，若ghAB＝，则机械能守恒定律是正确的。
方法三：图像法。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v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2－h图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律是正确的。
(四) 注意事项
1. 安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。
2. 应选用质量和密度较大的重物。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，从而使空气阻力减小。
3. 实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，尽量保证前面几个点是清晰的。
4. 测量高度h时，应从起始点算起。为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在60~80 cm。
5. 因为是通过比较v2和gh是否相等来验证机械能是否守恒，所以不需测量重物的质量m。
6. 速度不能用v＝gt或v＝计算，而应从纸带上直接进行测量计算。
(五) 实验误差
1. 偶然误差
测量长度时会带来误差，减小误差的办法是：
(1)测距离时都从选取的起始点(O点)量起；
(2)多测几次取平均值。
2. 系统误差
实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器和空气的阻力)做功，故动能的增加量必然稍小于重力势能的减少量。
例1　某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律时，所用交流电源的频率为50 Hz，得到如图乙所示的纸带。选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为x0＝19.00 cm，点A、C间的距离为x1＝8.36 cm，点C、E间的距离为x2＝9.88 cm，g取9.8 m/s2，测得重物的质量为m＝1 kg。
甲
乙
(1)下列做法中，正确的是　AB　。
A. 图甲中两限位孔必须在同一竖直线上
B. 实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直
C. 实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源
D. 数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置
(2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是　2.68　J，打下C点时重物的速度大小是　2.28　m/s。(结果均保留三位有效数字)
(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离x，则以为纵坐标、x为横坐标画出的图像应是图中的　C　。
A. 　B.　 C.　 D.
(4)重物减少的重力势能总是略大于增加的动能，产生这一现象的原因是　重物受到空气阻力(或纸带与打点计时器之间存在阻力　。(写出一条即可)
【解析】 (1)图甲中两限位孔必须在同一竖直线上，实验前手应提住纸带上端，并使纸带竖直，这是为了减小打点计时器与纸带之间的摩擦，A、B正确；实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开纸带，C错误；数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小长度的测量误差，D错误。
(2)重物减少的重力势能为ΔEp＝mg(x0＋x1)≈2.68 J。由于重物下落时做匀变速运动，根据匀变速直线运动任意时间段中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可知，打下C点时重物的速度为vC＝＝2.28 m/s。　
(3)重物自由下落过程中机械能守恒，可以得出mgx＝mv2，即gx＝v2，所以－x图像应是一条过原点的倾斜直线，C正确。
(4)在实验过程中，纸带与打点计时器之间的摩擦阻力、空气阻力是存在的，克服阻力做功损失了部分机械能，因此实验中重物减少的重力势能总是略大于增加的动能。
例2　如图所示为某实验小组做“验证机械能守恒定律”的实验装置，光电门A、B固定在气垫导轨上，细线两端分别与钩码和滑块相连，重力加速度为g。
(1)实验的主要操作如下：
①按图组装好实验器材；
②让滑块从气垫导轨上光电门A的右侧某位置由静止释放；
③分别记录遮光条通过光电门A、B所用的时间t1、t2；
④改变光电门B的位置，进行多次实验。
为完成该实验，还缺少的主要操作是　将气垫导轨调节水平　。
(2)实验中还需要测量的物理量有　②③④⑤　。
①滑块的长度D；
②遮光条的宽度d；
③两个光电门之间的距离L；
④滑块(含遮光条)的质量M；
⑤钩码的质量m。
(3)对于滑块(含遮光条)和钩码组成的系统，重力势能的减少量ΔEp＝　mgL　，动能的增加量ΔEk＝ (M＋m)　。(均用上述所给的字母表示)
(4)实验小组处理采集的多组数据并在ΔEp－ΔEk坐标系中描点作图，如图所示，若两轴的标度相同，造成该实验结果的原因是　气垫导轨没有调水平且光电门B端偏低　。
【解析】 (1)为完成该实验，还缺少的主要操作是将气垫导轨调节水平。
(2)滑块经过两个光电门时的速度分别为v1＝、v2＝，要验证的关系为mgL＝(M＋m)()＝(M＋m)·，则要测量的物理量是：②遮光条的宽度d；③两个光电门之间的距离L；④滑块(含遮光条)的质量M；⑤钩码的质量m。
(3)对于滑块(含遮光条)和钩码组成的系统，重力势能的减少量ΔEp＝mgL；动能的增加量ΔEk＝(M＋m)·。
(4)根据ΔEp－ΔEk图像，若ΔEp＝ΔEk，则直线倾角应为45°，而现在图中直线倾角为42°，可知ΔEp＜ΔEk，原因可能是滑块的重力做正功造成的，即气垫导轨没有调水平且光电门B端偏低。
　 随堂检测
　　　　　　　　　　　　　　　　
1. (多选)某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中，正确的是(　ABD　)
A. 把电磁打点计时器固定在铁架台上，并用导线连接到低压交流电源上
B. 把连有重物的纸带穿过限位孔，将纸带和重物提升到一定高度
C. 先释放纸带，再接通电源
D. 更换纸带，重复实验，处理数据
【解析】 在做“验证机械能守恒定律”的实验时，应先接通电源，后释放纸带，C错误，A、B、D正确。
2. 如图甲所示为“验证机械能守恒定律”的实验装置示意图。
甲
乙
第2题图
(1)某同学按照正确操作选的纸带如图乙所示，其中O是起始点，A、B、C 是打点计时器连续打下的3个点，打点频率为50 Hz，该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C 各点的距离，并记录在图中(单位：cm)，重物的质量为m＝0.1 kg，根据以上数据，当打点计时器打下B点时，重物重力势能的减少量为　0.550　J，动能的增加量为　0.545　J。(g取9.80 m/s2，结果均保留三位有效数字)
(2)通过作出图像的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度。从纸带上选取多个点，测量从起始点O到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的二次方v2，然后以v2为纵轴，以下落高度h为横轴，根据实验数据作出图像。若在实验误差允许的范围内，图像是一条过原点的直线，则可验证机械能守恒定律，则图线斜率表示的物理量是　重力加速度g　。
【解析】 (1)当打点计时器打下B点时，重物重力势能的减少量为Ep1－Ep2＝mghB＝0.1×9.80×56.10×10－2 J≈0.550 J。B点的速度为vB＝ m/s＝3.3 m/s，则动能的增加量为ΔEk＝m×0.1×3.32 J≈0.545 J。
(2)根据机械能守恒定律有mgh＝mv2，则v2＝gh，图线斜率表示的物理量是重力加速度g。
3. 在“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，使质量为m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取的一条符合实验要求的纸带如图所示。O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度g取9.80 m/s2，则：
第3题图
(1)根据图中的数据，应取图中O点到　B　点来验证机械能守恒定律。
(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp＝　1.88　J，动能增加量ΔEk＝　1.84　J。(结果均保留三位有效数字)
(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及重物下落的高度h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图像是图中的　A　。
A. B.
C. D.
【解析】 (1)因为通过某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，由此可以求出B点的速度，所以取图中O点到B点来验证机械能守恒定律。
(2)重物重力势能的减少量ΔEp＝mgΔh＝1.00×9.80×0.192 J≈1.88 J；B点的速度vB＝ m/s＝1.92 m/s，则B点的动能EkB＝m×1.00×1.922 J≈1.84 J，所以动能的增加量ΔEk＝1.84 J。
(3)根据mgh＝mv2知与h成正比，A正确。

展开更多......

收起↑