9 实验：验证机械能守恒定律 实验步骤 1．器材安装：按如图所示，将纸带固定在重锤上，让纸带穿过打点计时器，用导线将打点计时器与低压交流电源相连，此时电源开关应为断开状态． 2．用手握住纸带，让重锤静止在靠近打点计时器的地方，然后接通电源，松开纸带，让重锤自由落下，纸带上打下一系列小点． 3．从打出的几条纸带中挑选第一、二点间的距离接近2 mm且点迹清晰的纸带进行测量，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4、…，并量出各点到O点的距离h1、h2、h3、…，计算相应的重力势能减少量mghn. 4．测出一系列计数点到第一个点的距离x1、x2、…，根据公式vn＝，计算物体在打下点1、2、…时的瞬时速度v1、v2、…，计算相应的动能mv. 5．比较mv与mghn是否相等． 考点一 对实验原理及过程的考查 【例1】 在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.0 kg.甲、乙、丙三个学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18 cm、0.18 cm和0.25 cm，可看出其中肯定有一个学生在操作上出现了问题，出现的问题是_____．若按实验要求正确地选出纸带如图所示(相邻计数点的时间间隔为0.02 s)，那么： (1)纸带的_____端与重物相连(填“左”或“右”)． (2)打点计时器打下计数点B时，重物的速度vB＝_____m/s . (3)从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量ΔEp＝_____J，此过程中重物动能的增加量ΔEk＝_____J. (4)通过计算，数值上ΔEp_____ΔEk(填“>”“＝”或“<”)，这是因为_____． (5)实验的结论是_____． (6)若实验中所用电源的频率f<50 Hz，实验结果将会受到什么影响？ 根据纸带上的数据可以求出B点的速度，进而求出B点的动能，然后比较动能的增加量和重力势能的减少量是否相等，即可得出实验结论． 【解析】 如果重物做自由落体运动，第1、2两点间的距离应接近于0.2 cm，而丙同学的纸带上第1、2两点间的距离远大于这个值，说明重物在打第1个点时已有速度，故丙同学在操作时出现的问题是先释放纸带后接通电源． (1)纸带左端相邻两点之间的距离小，故纸带左端与重物相连． (2)B点对应的速度vB＝＝0.98 m/s (3)ΔEp＝mghOB≈0.49 J，ΔEk＝mv≈0.48 J (4)ΔEp>ΔEk，在实验中存在阻力，重物的重力势能不能完全转化为动能． (5)在实验误差允许的范围内，重物的机械能守恒． (6)若f<50 Hz，则vB的计算值偏大，ΔEk可能大于ΔEp. 【答案】 先释放纸带后接通电源 (1)左 (2)0.98 (3)0.49 0.48 (4)> 实验中存在阻力，重物的重力势能不能完全转化为动能 (5)在误差允许的范围内重物的机械能守恒 (6)ΔEk可能大于ΔEp 总结提能 1.“验证机械能守恒定律”的实验原理是：忽略空气阻力的情况下，自由下落的物体在运动过程中机械能守恒，即动能的增加量等于重力势能的减少量． 2．利用自由落体运动验证机械能守恒定律时，处理实验数据通常采用的是验证法，计算v2、gh，如果在实验误差允许的范围内v2＝gh，则机械能守恒，也可以采用图象法，以v2为纵轴，以h为横轴，建立平面直角坐标系，将实验得到的数据在坐标系中描点，然后连接各点，若得到一条过原点的倾斜直线，且斜率为g，则机械能守恒． 在“验证机械能守恒定律”的实验中，现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、重锤、天平、毫米刻度尺、50 Hz交流电源．回答下列问题： (1)用打点计时器打出一条纸带，前后要连续进行一系列的操作，下列各步骤的先后顺序合理的是BADC. A．释放纸带 B．接通电源 C．取下纸带 D．切断电源 (2)如图所示，释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是丙(填“甲”“乙” ... ...
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