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1、2022年高三物理“機(jī)械能”第8課時(shí) (實(shí)驗(yàn)、探究)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
【基礎(chǔ)知識(shí)梳理】
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?
利用__________運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證只有重力作用下的物體的機(jī)械能守恒。
二、實(shí)驗(yàn)原理：
1、若某一時(shí)刻物體下落的瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，則重力勢(shì)能減少量為_(kāi)_________，動(dòng)能的增加量為_(kāi)__________，借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，測(cè)出重物某時(shí)刻的下落高度h和該時(shí)刻的瞬時(shí)速度v，看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)_______允許范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律， 實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。
2、計(jì)算第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度的方法是：測(cè)出第n點(diǎn)的相鄰前、后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離s n和s n+1，由公
2、式v n=___________或____________
三、實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)（帶鐵夾），_____________，學(xué)生電源，導(dǎo)線，帶鐵夾的重錘，紙帶，________。
四、實(shí)驗(yàn)步驟：
1．安裝置：按如圖裝置把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源連接好。
2．打紙帶：把紙帶的一端在重錘上用夾子固定好，另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器限位孔；豎直提起紙帶使重錘停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，先接通電源，后松開(kāi)紙帶，讓重錘帶著紙帶自由下落；重復(fù)幾次，得到3～5條打好點(diǎn)的紙帶。
3.選紙帶：分兩種情況說(shuō)明 （1）用驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且1、2兩點(diǎn)間距離小于或
3、接近_____的紙帶，若1、2兩點(diǎn)間距離大于它，這是由于先釋放紙帶，后接通電源造成的，這樣，第1個(gè)點(diǎn)就不是運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)了，這樣的紙帶不能選。
（2）用驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性，處理紙帶時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離是否為_(kāi)_____就無(wú)關(guān)緊要，只要后面的點(diǎn)跡清晰就可選用。
4、求速度（見(jiàn)原理）
5、驗(yàn)守恒
【典型例題】
例1、（ xx·南通模擬）用如原理圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種.重錘從高處由靜止開(kāi)始下落，重錘上拖著的紙帶打出一
4、系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶的點(diǎn)痕進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.
（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：
A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器件； B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量； D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開(kāi)關(guān)打出一條紙帶；
E．測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離； F．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能.
其中沒(méi)有必要進(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E，將其前的字母填在下面的空行內(nèi)，并說(shuō)明其原因.
答：____________________________________________________
5、_____________________________
_____________________________________________________________________________________
（2）在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)小組A不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分損壞了,剩下的一部分紙帶上各點(diǎn)間的距離如下左圖所示的數(shù)值。
①紙帶上______端（“左”或“右”）與重物相連。
②已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的周期為T=0.02s,重力加速度g=9.8 m/s2;重錘的質(zhì)量為m,已知S1=0.98cm, S2=1.42cm, S3=1.78cm,則記
6、錄B點(diǎn)時(shí)重錘的動(dòng)能EKB= J(寫計(jì)算式用字母表示),記錄C點(diǎn)時(shí)重錘的動(dòng)能EKC=0.32m J;重錘從B點(diǎn)到C點(diǎn)重力勢(shì)能變化量是 J,動(dòng)能變化量是 J.從而可以得出結(jié)論： .
（3）利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度a的數(shù)值.如圖實(shí)四-4所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A距起始點(diǎn)O的距離為x0，點(diǎn)AC間的距離為x1，點(diǎn)CE間的距離為x2，使用交流電的頻率為f，根據(jù)這些條件計(jì)算
7、重錘下落的加速度a＝________ .
（4）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢(shì)能總是大于重錘動(dòng)能的增加，其原因主要是因?yàn)樵谥劐N下落的過(guò)程中存在阻力作用，可以通過(guò)該實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)阻力的大小.若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣裙J(rèn)的較準(zhǔn)確的值為g，還需要測(cè)量的物理量是________.試用這些物理量和紙帶上的數(shù)據(jù)表示出重錘在下落的過(guò)程中受到的平均阻力大小F＝__________________.
例2、（實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新）某同學(xué)利用如圖實(shí)四-6所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.弧形軌道末端水平，離地面的高度為H.將鋼球從軌道的不同高度h處由靜止釋放，鋼球的落點(diǎn)距軌道末端的水平距離為x.（1）若軌道完
8、全光滑，x2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足x2=__________.（用H、h表示）
（2）該同學(xué)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到一組數(shù)據(jù).如表所示：請(qǐng)?jiān)趫D實(shí)四-7所示的坐標(biāo)紙上作出x2-h關(guān)系圖.
（3）對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算得到的x2-h關(guān)系圖線（圖中已畫(huà)出）.自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率___________（選填“小于”或“大于”）理論值.
（4）造成上述偏差的可能原因是_______________________
_____________________________________________________
【
9、課后鞏固】
1、在利用重錘和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列各項(xiàng)描述正確的有
A.必須選用第1、2兩點(diǎn)相距約2 mm的紙帶，才能完成該驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
B.需要測(cè)量的數(shù)據(jù)是紙帶上起點(diǎn)O到各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的高度
C.必須要測(cè)量重錘的質(zhì)量
D.必須測(cè)量重錘下落的時(shí)間
E.需要把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔盡量調(diào)到同一豎直線上
F.利用紙帶測(cè)量出O點(diǎn)到各計(jì)數(shù)點(diǎn)重力勢(shì)能的減小，總是略大于測(cè)算出的動(dòng)能的增加，屬于系統(tǒng)誤差
2、在用“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量m=1.00kg的重物拖著紙帶豎直下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，如圖，
相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為0.04s，
10、P為紙帶運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，從打P到打下B過(guò)程中物體重力勢(shì)能的ΔEP= J，在此過(guò)程中物體動(dòng)能的增加量ΔEK= J（已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.8 m/s2，答案保留三位有效數(shù)字）。用v表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，h表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)到P點(diǎn)的距離，以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的v2/2- h圖線，若斜率等于某個(gè)物理量的數(shù)值時(shí)，說(shuō)明重物下落過(guò)程中機(jī)械能守恒，該物理量是 。
3、光電計(jì)時(shí)器是物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到的一種精密計(jì)時(shí)儀器，它由光電門和計(jì)時(shí)器兩部分組成，光電門的一臂的內(nèi)側(cè)附有發(fā)光裝置（發(fā)射激光的
11、裝置是激光二極管，發(fā)出的光束很細(xì)），如圖實(shí)四-5中的A和A′，另一臂的內(nèi)側(cè)附有接收激光的裝置，如圖中的B和B′，當(dāng)物體在它們之間通過(guò)時(shí)，二極管發(fā)出的激光被物體擋住，接收裝置不能接收到激光信號(hào)，同時(shí)計(jì)時(shí)器就開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到擋光結(jié)束光電計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，故此裝置能精確地記錄物體通過(guò)光電門所用的時(shí)間.現(xiàn)有一小球從兩光電門的正上方開(kāi)始自由下落，如圖所示.
（1）若要用這套裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，則要測(cè)量的物理量有___________________________
____________________________________________（每個(gè)物理量均用文字和字母表示，如高度H）
12、（2）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的關(guān)系式為_(kāi)__________________________________ .
4、某同學(xué)在應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，獲取了一條紙帶如圖實(shí)四-9所示，但測(cè)量發(fā)現(xiàn)0、1兩點(diǎn)間距離遠(yuǎn)大于2 mm，且0、1和1、2間有點(diǎn)漏打或沒(méi)有顯示出來(lái)，而其他點(diǎn)都是清晰完整的，現(xiàn)在該同學(xué)用刻度尺分別量出2、3、4、5、6、7六個(gè)點(diǎn)到0點(diǎn)的長(zhǎng)度hi(i=2，3，…，7)，再分別計(jì)算得到3、4、5、6四個(gè)點(diǎn)的速度vi和v2i(i=3,4,5,6),已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期為T.
（1）該同學(xué)求6號(hào)點(diǎn)的速度計(jì)算式是v6=__
13、____________.
（2）該同學(xué)將計(jì)算得到的四組(hi,v2i)數(shù)據(jù)在v2-h坐
標(biāo)系中找到對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，將四個(gè)點(diǎn)連接起來(lái)得到如
圖實(shí)四-10所示的直線，請(qǐng)你回答：接下來(lái)他是否能夠
判斷重物下落過(guò)程機(jī)械能守恒?(說(shuō)明理由)
_________________________________________________
___________________________________________________
5、在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，使質(zhì)量為m=1.00 kg的重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如
14、圖實(shí)四-8所示.O為第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為從合適位置開(kāi)始選取連續(xù)點(diǎn)中的三個(gè)點(diǎn).已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔 0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間=9.80 m/s2，那么：
(1)根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應(yīng)取圖中O點(diǎn)到___________點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；
(2)從O點(diǎn)到（1）問(wèn)中所取的點(diǎn)，重物重力勢(shì)能的減少量ΔEp=______________________J,動(dòng)能增加量ΔEk=__________________________________J（結(jié)果取三位有效數(shù)字）；
（3）若測(cè)出紙帶上所有各點(diǎn)到O點(diǎn)之間的距離，根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)的速度v及物體下落的高度h，則以 為縱軸，以h為橫軸畫(huà)出的圖象是下圖中的________________.
【學(xué)習(xí)反思】
2022年高三物理“機(jī)械能”第8課時(shí) (實(shí)驗(yàn)、探究)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
