5．实验：验证机械能守恒定律 [实验目标] 1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的瞬时速度。2．掌握利用落体法验证机械能守恒定律的原理和方法。3．会使用气垫导轨、光电门，理解并掌握利用滑块沿导轨下滑验证机械能守恒定律的原理和方法。 类型一 实验原理与操作 【典例1】———验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图示的甲或乙方案来进行。 (1)比较这两种方案，_____(选填“甲”或“乙”)方案好些。 (2)在“验证机械能守恒定律”的实验中，直接测量的物理量是_____。 A．重力加速度 B．重物下落的高度 C．重物下落的瞬时速度 D．重物下落的平均速度 (3)在进行“验证机械能守恒定律”的实验时，应_____。 A．先释放纸带，再接通电源 B．用手托住重物由静止释放 C．根据v＝gt计算重物在t时刻的速度 D．使重物下落的起始位置靠近打点计时器 [听课记录]_____ _____ _____ _____ 类型二 数据处理和误差分析 【典例2】 在验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率为50 Hz。某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测得各计数点到O点的距离，如图乙所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C分别是每打两个点取出的计数点。 (1)从下列选项中选出实验所必需的器材，其对应的字母为_____。 A．打点计时器(包括纸带) B．重锤 C．天平 D．秒表(或停表) E．小车 (2)若重锤的质量为1.00 kg, 当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了_____ J；此时重锤的动能比开始下落时增加了_____ J。(结果保留三位有效数字) (3)一同学分析得出的实验结果是重锤重力势能的减少量小于动能的增加量。下列对造成该实验结果的原因分析正确的是_____。 A．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力 B．选用重锤的质量过大 C．交流电源的频率大于50 Hz D．交流电源的频率小于50 Hz (4)测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算对应速度v，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出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_____的直线，则验证了机械能守恒定律。 A．19.6 B．9.80 C．4.90 [听课记录]_____ _____ _____ _____ 类型三 创新实验设计 【典例3】 (2022·湖北卷)某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin。改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax-Tmin图像是一条直线，如图乙所示。 (1)若小钢球摆动过程中机械能守恒，则图乙中直线斜率的理论值为_____。 (2)由图乙得直线的斜率为_____，小钢球的重力为_____ N。(结果均保留两位有效数字) (3)该实验系统误差的主要来源是_____(单选，填正确答案标号)。 A．小钢球摆动角度偏大 B．小钢球初始释放位置不同 C．小钢球摆动过程中有空气阻力 [听课记录]_____ _____ _____ _____ 1．某实验小组用落体法验证机械能守恒定律，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。 (1)本实验中，不同组学生在操作过程中出现如图的四种情况，其中操作正确的是_____(填序号)。 A B C D (2)进行正确操作后，打下的纸带如图所示，在选定的纸带上依次取计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，那么纸带的_____(选填“左”或“右”)端与重物相连。设重物质量为m，根据测得的x1、x2、x3、x4，在打B点到D点的过程中，重物动能增加量的表达式为_____。 (3)换用两个质量分别为m1、m2的重物分别进行实验，多次记录下落高度h和相应的速度大小v，作 ... ...
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