機械能及其守恒定律第五章實驗七驗證機械能守恒定律欄目導航01知識梳理回顧02要點各個擊破03配套訓練知識梳理回顧1二、實驗器材打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(帶鐵夾)、導線兩根．三、實驗步驟1．安裝實驗裝置如圖所示，將檢查、調整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路．2．打紙帶將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方．先接通電源，然后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落．更換紙帶重復做3～5次實驗．五、注意事項1．應盡可能控制實驗條件，即應滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：(1)安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小摩擦阻力．(2)應選用質量和密度較大的重錘，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小．2．實驗中，提紙帶的手要保持不動，且保證紙帶豎直，接通電源后，打點計時器工作穩定后再松開紙帶．六、誤差分析1．系統誤差本實驗中因重錘和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量ΔEk稍小于重力勢能的減少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，這屬于系統誤差，改進的方法是調整器材的安裝，盡可能地減小阻力．2．偶然誤差本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬于偶然誤差．減小誤差的方法是測下落距離時都從O點測量，一次將各打點對應的下落高度測量完，或者多次測量取平均值．【對點小練】圖甲是“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置示意圖，以下列出了一些實驗步驟：A．用天平測出重物和夾子的質量B．把打點計時器用鐵夾固定放到桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直面內C．把打點計時器接在交流電源上，電源開關處于斷開狀態D．將紙帶穿過打點計時器的限位孔，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，讓重物靠近打點計時器，處于靜止狀態E．接通電源，待打點計時器打點穩定后釋放紙帶，之后再斷開電源F．用秒表測出重物下落的時間G．更換紙帶，重新進行兩次實驗甲

(1)對于本實驗，以上不必要的兩個步驟是________和________．圖乙為實驗中打出的一條紙帶，O為打出的第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取的三個連續點(其他點未畫出)，打點計時器每隔0.02s打一個點．若重物的質量為0.5kg，當地重力加速度取g＝9.8m/s2，由圖乙所給的數據可算出(結果保留2位有效數字)：①從O點下落到B點的過程中，重力勢能的減少量為________J.②打B點時重物的動能為________J.(2)試指出造成第(1)問中①②計算結果不相等的原因是__________________．乙

【答案】(1)A

F

0.86

0.81(2)由于空氣阻力和紙帶與打點計時器間的摩擦阻力做功【解析】(1)實驗中驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，兩邊都有質量，可以約去，所以不需要測出重物和夾子的質量，故A不需要．物體下落的時間可以通過打點計時器直接得出，不需要秒表測重物下落的時間，故F不需要．故選AF.①從O點下落到B點的過程中，重力勢能的減少量ΔEp＝mgh＝0.5×9.8×0.176J≈0.86J.要點各個擊破2例題如圖甲所示，一位同學利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗．有一直徑為d、質量為m的金屬小球由A處從靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H(H?d)，光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t，當地的重力加速度為g.則：(1)如圖乙所示，用游標卡尺測得小球的直徑d＝________mm.(2)小球經過光電門B時的速度表達式為________．要點實驗考查練1小明同學利用如圖所示的裝置來驗證機械能守恒定律．A為裝有擋光片的鉤碼，總質量為M，擋光片的擋光寬度為b，輕繩一端與A相連，另一端跨過光滑輕質定滑輪與質量為m(m<M)的重物B相連．他的做法是：先用力拉住B，保持A、B靜止，測出A的擋光片上端到光電門的距離h；然后由靜止釋放B，A下落過程中經過光電門，光電門可測出擋光片的擋光時間t，算出擋光片經過光電門的平均速度，將其視為A下落h(h?b)時的速度，重力加速度為g.(1)在A從靜止開始下落h的過程中，驗證以A、B、地球所組成的系統機械能守恒定律的表達式為____________(用題目所給物理量的符號表示)．(2)由于光電門所測的平均速度與物體A下落h時的瞬時速度間存在一個差值Δv，因而系統減少的重力勢能________(填“大于”或“小于”)系統增加的動能．(3)為減小上述Δv對結果的影響，小明同學想到了以下一些做法，其中可行的是______．A．保持A下落的初始位置不變，測出多組t，算出多個平均速度然后取平均值B．減小擋光片上端到光電門的距離hC．增大擋光片的擋光寬度bD．適當減小擋光片的擋光寬度b(4)若采用本裝置測量當地的重力加速度g，則測量值______真實值(填“大于”“等于”或“小于”)．練2

如圖甲所示為驗證機械能守恒定律的實驗裝置．現有器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重物、天平．(1)為完成實驗，還需要的器材有________．A．米尺 B．0～6V直流電源C．秒表 D．0～6V交流電源甲

(2)某同學用圖甲所示裝置打出的一條紙帶如圖乙所示，相鄰兩點之間的時間間隔為0.02s，根據紙帶計算出打下D點時重物的速度大小為______m/s.(結果保留3位有效數字)乙

(4)該同學根據紙帶算出了相應點的速