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課時21　實驗：驗證機械能守恒定律
1.實驗器材
鐵架臺（帶鐵夾）、　　　　、重物（帶夾子）、紙帶（數(shù)條）、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、　　　　、低壓交流電源.
2.實驗步驟
（1）安裝置：把調(diào)整好的打點計時器固定在鐵架臺上，使兩限位孔在同一　　　　線上，接好電路.
（2）打紙帶：
①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，用夾子夾住紙帶使重物靜止在　　　　打點計時器的地方；
②先　　　　，后　　　　，讓重物帶著紙帶自由下落；
③關(guān)閉電源，取下紙帶.更換紙帶重復(fù)做3～5次實驗.
（3）選紙帶：選取　　　　且第1、2兩點間距接近　　　　的紙帶.
3.驗證方案
方案一：利用起始點和第n點計算，代入ghn和，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghn＝，則驗證了機械能守恒定律.
方案二：任取兩點計算，先任取兩點A、B測出hAB，算出ghAB，再算出－的值.如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghAB＝－，則驗證了機械能守恒定律.
方案三：圖像法.從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，繪出v2－h(huán)圖線，若是一條過原點且斜率為　　　　的直線，則驗證了機械能守恒定律.
1.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，必須要稱出重物和夾子的質(zhì)量.（　　）
2.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，必須用秒表測出重錘下落的時間.（　　）
3.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.（　　）
4.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，可以利用公式v＝gt計算重物的速度.（　　）
1.實驗方案
實驗可以不測量重物的質(zhì)量.因為驗證機械能守恒定律的表達式時，式子兩邊重物的質(zhì)量m可以約去.
實驗時，需要從重物下落的起始點開始算起，這時需要挑選第1、2點間距離接近2 mm，且點跡清晰的紙帶進行測量.
【例1】（2024屆江蘇合格性考試模擬）在“用打點計時器驗證機械能守恒定律”的實驗中，下列說法正確的是（　　）
A.實驗中必須用天平測量重物的質(zhì)量
B.打點計時器的兩個限位孔應(yīng)在同一豎直線上
C.需使用秒表測出重物下落的時間
D.打點結(jié)束應(yīng)先檢查紙帶點跡是否清晰，再關(guān)閉電源
【例2】（2024屆徐州合格性考試模擬）在研究重物自由下落過程中機械能守恒的實驗中，得到如圖所示的一條紙帶，該紙帶上最初打出的幾個點不清楚，紙帶上留下的是后面的一些點.算出打下B、C兩點時，重物的速度分別是vB、vC，測得B、C兩點間的距離為h，那么驗證機械能守恒的表達式可寫為（　　）
A.gh＝－　　B.gh＝－
C.vC＝vB＋aT　　D.＋＝2gh
2.對實驗誤差的分析以及注意事項
（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(nèi)以減小摩擦阻力.
（2）重物密度要大：重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料.
（3）一先一后：應(yīng)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.
【例3】（2024屆江蘇合格性考試模擬）如圖為“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置，下列說法正確的是（　　）
A.釋放紙帶時，重錘應(yīng)盡量遠離打點計時器
B.可以利用公式v＝gt計算重物的速度
C.由于阻力，重錘重力勢能的減少量大于動能的增加量
D.交流電源的實際頻率若小于50 Hz，算得的動能偏小
1.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，下列釋放紙帶的操作正確的是（　　）
AB
CD
2.做“驗證機械能守恒定律”的實驗，已有鐵架臺、鐵夾、電源、紙帶、打點計時器，還必須選取的器材是圖中的（　　）
A.a和c　　B.a和d　　C.b和c　　D.b和d
3.（2024屆鹽城合格性考試模擬）在用電磁打點計時器“研究自由下落物體的機械能”的實驗中，為減少阻力對實驗的影響，下列操作可行的是（　　）
A.選用塑料材質(zhì)的重物
B.將紙帶安裝在振針和復(fù)寫紙之間
C.釋放紙帶前，手應(yīng)提紙帶上端并使紙帶豎直
D.重錘下落時手始終提住紙帶上端，以保持紙帶豎直
4.（2024屆揚州合格性考試模擬）在做“驗證機械能守恒定律”實驗時，裝置如圖所示：
（1）實驗中有以下幾個主要步驟：
a.接通電源
b.處理數(shù)據(jù)
c.松開紙帶
d.安裝紙帶并懸掛重物
e.把打點計時器固定在鐵架臺上
以上步驟合理的順序是　　　　.
（2）某同學(xué)選得紙帶如圖所示，其中O點是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的三個點，相鄰點之間時間間隔為T，O點到A、B、C各點的距離分別為hA、hB、hC，重力加速度為g，則只要驗證關(guān)系式　　　　就能驗證OB過程重物自由下落過程機械能守恒.
課時21　實驗：驗證機械能守恒定律
【一過考點】
1.打點計時器　刻度尺
2.（1）豎直　（2）靠近　接通電源　松開紙帶
（3）點跡清晰　2 mm
3.g
【二過易錯】
1.×　2.×　3.√　4.×
【三過典題】
【例1】B　【解析】驗證機械能守恒定律時，重物重力勢能的減少量ΔEp＝mgh，重物動能的增加量ΔEk＝m（－），驗證兩者是否相等時，可把質(zhì)量消去，不需要測量質(zhì)量，A錯誤；自由落體運動是在豎直方向上的運動，所以為了減小實驗過程中的摩擦，打點計時器的兩個限位孔應(yīng)在同一豎直線上，B正確；打點計時器是一種計時儀器，不需要秒表測量時間，C錯誤；打點結(jié)束后先關(guān)閉電源，再檢查紙帶，D錯誤.
【例2】B　【解析】從B→C的過程，ΔEp減＝mgh，ΔEk增＝m－m，所以需驗證的表達式為mgh＝m－m，即gh＝－，B正確，A、C、D錯誤.
【例3】C　【解析】為了充分利用紙帶，減少實驗誤差，釋放紙帶時，重錘應(yīng)盡量靠近打點計時器，A錯誤；求解各點的速度，運用某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求解，不能根據(jù)v＝gt計算重物的速度，因為重物下落過程受到一定的阻力作用，使得重物的實際加速度小于g，B錯誤；由于阻力，重錘重力勢能的減少量大于動能的增加量，C正確；交流電頻率小于50 Hz時，會導(dǎo)致速度測量值偏大，導(dǎo)致算得的動能偏大，D錯誤.
【四過集訓(xùn)】
1.A
2.D　【解析】實驗中驗證重錘重力勢能的減少量和動能的增加量是否相等，所以需要重錘，為了減小阻力的影響，重錘選擇質(zhì)量大一些、體積小一些的，故需要b，不需要a；打點計時器可以直接記錄時間，不需要秒表；實驗中需要刻度尺測量點跡間的距離，從而求解瞬時速度和下降的高度，D正確，A、B、C錯誤.
3.C　
4.（1）edacb　（2）ghB＝
【解析】（1）實驗中合理的步驟順序為：把打點計時器固定在鐵架臺上，安裝紙帶并懸掛重物，接通打點計時器電源，松開紙帶，處理數(shù)據(jù)，即合理的順序是edacb.
（2）設(shè)重物的質(zhì)量為m，OB過程重物減少的重力勢能為ΔEP＝mghB，根據(jù)勻變速直線運動中間時刻速度等于該段過程的平均速度，則有vB＝＝，
OB過程重物增加的動能為ΔEk＝m－0＝m.驗證OB過程重物自由下落過程機械能守恒的表達式為ΔEP＝ΔEk，即ghB＝.

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