5实验：验证机械能守恒定律\n一、实验原理做自由落体运动的物体,在下落过程中,重力势能减少,动能增加,如果重力势能的减少量动能的增加量,就验证了机械能守恒定律．答案等于\n二、实验器材铁架台(带铁夹)、、重物(带夹子)、、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(4～6V)．答案三、实验步骤1.安装装置：按图1甲所示把打点计时器安装在铁架台上,用导线把打点计时器与电源连接好．图1打点计时器纸带\n2.打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近.先接通电源后释放纸带,让重物拉着纸带自由下落.重复几次,得到3～5条打好点的纸带.3.选纸带：从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始的两点间距接近2mm的一条纸带,在起始点标上0,以后任取间隔相同时间的点依次标上1、2、3….4.测距离：用刻度尺测出0到1、2、3…的距离,即为对应下落的高度h1、h2、h3….\n四、数据处理导学探究\n方法三：图象法(如图2所示).图2若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守恒定律.\n五、误差分析本实验的误差主要是由纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差.六、实验注意事项1.打点计时器安装要稳固,并使两限位孔的中线在同一竖直线上,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,可使空气阻力的影响相对减小.3.实验时,应先接通电源,让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落.\n4.本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量m.返回\n例1在“验证机械能守恒定律”的实验中,有位同学按以下步骤进行实验操作：A.用天平称出重锤和夹子的质量B.固定好打点计时器,将连着重锤的纸带穿过限位孔,用手提住,且让手尽量靠近打点计时器C.松开纸带,接通电源,开始打点,并如此重复多次,以得到几条打点的纸带D.取下纸带,挑选点迹清晰的纸带,记下起始点O,在距离O点较近处选择几个连续计数点(或计时点),并计算出各点的速度值E.测出各计数点到O点的距离,即得到重锤下落的高度一、实验原理及基本操作\n在以上步骤中,不必要的步骤是____________________.有错误或不妥的步骤是____________.(填写代表字母)更正情况：①____________________________________________；②____________________________________________；③____________________________________________；④____________________________________________.解析答案\n解析A步骤可有可无,不称量重物的质量也可验证机械能守恒定律；B步骤中应让重物尽量靠近打点计时器,而不是手靠近；C步骤中应先接通电源,后释放纸带；D步骤中应选取离O点较远的点,这样测量时距离较远,测量的相对误差较小；答案ABCDF①B中手应抓住纸带末端,让重物尽量靠近打点计时器②C中应先接通电源,再松开纸带③D中应选取离O点较远的点\n例2用落体法验证机械能守恒定律的实验中：解析答案二、数据处理及误差分析重物从静止开始自由下落2mm\n(2)若实验中所用重物的质量m＝1kg,打点纸带如图3所示,打点时间间隔为0.02s,则记录B点时,重物的速度vB＝________,重物的动能EkB＝________,从开始下落起至B点时重物的重力势能减少量,是________,由此可得出的结论是________(g＝9.8m/s2,结果保留三位有效数字).解析答案返回图3\n答案0.585m/s0.171J0.172J在误差允许范围内机械能守恒返回\n1231.在“利用重锤自由下落验证机械能守恒定律”的实验中,产生误差的主要原因是()A.重锤下落的实际高度大于测量值B.重锤下落的实际高度小于测量值C.重锤实际末速度v大于gt(g为重力加速度,t为下落时间)D.重锤实际末速度v小于gt解析答案\n123解析本实验最主要的误差来自于摩擦力做功,当摩擦力做功时重锤下落到终点时机械能有一部分损失,速度小于自由落体应该具有的速度.故正确答案为D.答案D\n1232.某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律,实验的简易示意图如图4所示,当有不透光物体从光电门间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.所用的光电门传感器可测的最短时间为0.01ms.将挡光效果好、宽度为d＝3.8×10－3m的黑色磁带贴在透明直尺上,从一定高度由静止释放,并使其竖直通过光电门.某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间Δti与图中所示高度差Δhi,并将部分数据进行了处理,结果如表所示(g取9.8m/s2,注：表格中M为直尺质量).\n123图4\n123Δti(×10－3s)(m·s－1)Δhi(m)MgΔhi11.213.1421.153.300.52M0.060.58M31.003.802.24M0.232.25M40.954.003.10M0.323.14M50.904.00M0.41\n123答案极短时间内平均速度近似等于瞬时速度\n123解析答案(2)请将表格中的数据填写完整.答案4.224.02M\n123解析答案(3)通过实验得出的结论是_______________________________________________.解析从表中数据可知,在误差允许范围内,动能的增加量与重力势能的减少量相等.在误差允许范围内重力势能减少量等于动能的增加量\n123解析答案(4)根据该实验请你判断如图所示ΔEk－Δh图象中正确的是()解析由ΔEk＝MgΔh,则动能的变化与高度成正比,C正确.C\n1233.为了验证机械能守恒定律,某同学设计了如图5甲所示的实验装置,并提供了如下的实验器材：A.小车B.钩码C.一端带滑轮的木板D.细线E.电火花计时器F.纸带G.毫米刻度尺H.低压交流电源I.220V交流电源\n123解析答案图5(1)根据上述实验装置和提供的实验器材,你认为实验中不需要的器材是________(填写器材序号),还应补充的器材是________.解析电火花计时器使用的是220V交流电源,因此低压交流电源用不着；另外还需要用天平测出小车的质量M；H天平\n123解析答案(2)实验中得到了一条纸带如图乙所示,选择点迹清晰且便于测量的连续7个点(标号0～6),测出0到1、2、3、4、5、6点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6,打点周期为T.则打点2时小车的速度v2＝__________；若测得小车质量为M、钩码质量为m,打点1和点5时小车的速度分别用v1、v5表示,已知重力加速度为g,则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为__________.\n123\n123解析答案返回