驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)問(wèn)題歸納

1、一. 教學(xué)內(nèi)容：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)問(wèn)題歸納二. 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、掌握機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟及誤差分析。2、深刻理解驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)所涉及的習(xí)題類(lèi)型及相關(guān)解法。三. 考點(diǎn)地位：機(jī)械能守恒定律是高中階段實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的重點(diǎn)內(nèi)容，從近幾年高考試題實(shí)驗(yàn)題出題的特點(diǎn)來(lái)看，表現(xiàn)為一電學(xué)實(shí)驗(yàn)和一個(gè)非電學(xué)實(shí)驗(yàn)的組合，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)是我們備考非電學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容。四. 知識(shí)體系：1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證機(jī)械能守恒定律。2、實(shí)驗(yàn)原理通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分別求做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的重力勢(shì)能的減少量和相應(yīng)過(guò)程動(dòng)能的增加量。若二者相等，說(shuō)明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律： （3）從打出的幾條紙帶中挑選第一、二

2、點(diǎn)間的距離接近2mm且點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量，記下第一個(gè)點(diǎn)的位置O，并在紙帶上從任意點(diǎn)開(kāi)始依次選取幾個(gè)點(diǎn)1、2、3、4，并量出各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離 ，計(jì)算相應(yīng)的重力勢(shì)能減少量 （4）測(cè)出一系列計(jì)數(shù)點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的距離 ，根據(jù)公式 。（5）比較 是否相等。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)論在重力作用下，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能可以互相轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能守恒。即當(dāng) ，或 一定稍小于勢(shì)能的減少量例1. 在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中（1）從下列器材中選出實(shí)驗(yàn)所必需的，其編號(hào)為_(kāi)。A. 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（包括紙帶）； B. 重物；C. 天平； D. 毫米刻度尺；E. 秒表； F. 運(yùn)動(dòng)小車(chē)（2）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝放置要求為_(kāi)；開(kāi)始打點(diǎn)計(jì)時(shí)的時(shí)

3、候，應(yīng)先_，然后_。（3）實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因主要是_，使重物獲得的動(dòng)能往往_。為減小誤差，懸掛在紙帶下的重物應(yīng)選擇_。（4）如果以 圖線(xiàn)是_，該線(xiàn)的斜率等于_。解析：（1）選出的器材有：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（包括紙帶），重物，毫米刻度尺，編號(hào)分別為：A、B、D。注意因 ，故m可約去，不需要用天平。（2）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝時(shí)，底板要豎直，這樣才能使重物在自由落下時(shí)，受到的阻力較小。開(kāi)始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，然后再放下重物，讓它帶著紙帶一同落下。（3）產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因是紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)的摩擦阻力，使得重物獲得的動(dòng)能小于它所減少的重力勢(shì)能。為減小誤差，重物的質(zhì)量應(yīng)選大一些的。（4）描繪

4、出來(lái)的變式1. （2007?長(zhǎng)春質(zhì)檢）用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)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6V的交變電流和直流電兩種。重錘從高處由靜止開(kāi)始落下，重錘上拖著的紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)的痕跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒。下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A. 按照上圖所示的裝置安裝器材；B. 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上；C. 用天平測(cè)量出重錘的質(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)量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離；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。指出其中沒(méi)有必要進(jìn)行的或者操作

5、不恰當(dāng)?shù)牟襟E，將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在下面的空行內(nèi)，并說(shuō)明其原因。答：_ _。答案：步驟B是錯(cuò)誤的，應(yīng)該接到電源的交流輸出端。步驟D是錯(cuò)誤的，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶，步驟C是不必要的，因?yàn)楦鶕?jù)測(cè)量原理，重錘的動(dòng)能和勢(shì)能都包含了質(zhì)量m，可以約去。問(wèn)題2、數(shù)據(jù)的記錄與處理問(wèn)題：例2. 在做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，若打出的紙帶前段不清楚，但從AE卻是清楚的，數(shù)據(jù)如圖所示，單位是cm，你能據(jù)此驗(yàn)證重物下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒嗎？要求：（1）簡(jiǎn)述判斷方法；（2）寫(xiě)出運(yùn)算過(guò)程；（3）得出結(jié)論；（4）算出A點(diǎn)是第幾個(gè)點(diǎn)。解析：（1）選定物體下落的某段距離h，算出其重力勢(shì)能減小量 ；再算出下落

6、h過(guò)程中動(dòng)能的增加量 ，則驗(yàn)證了重物下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。（2）根據(jù) 可得（3）若選BC段，則有可見(jiàn)在誤差允許的范圍內(nèi) ，機(jī)械能守恒定律獲證。如選BD段，則有在誤差允許的范圍內(nèi)認(rèn)為 ，機(jī)械能守恒定律獲證。（4）設(shè)從打第一個(gè)點(diǎn)到打B點(diǎn)所用的時(shí)間為t，則由 所以 （個(gè)）。這表明A為第6個(gè)點(diǎn)。 變式2. 在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶如圖所示，其中A點(diǎn)為打下的第一個(gè)點(diǎn)，0，1，2，為連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn)。現(xiàn)測(cè)得兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的打點(diǎn)時(shí)間間隔均為T(mén)。根據(jù)紙帶測(cè)量出的距離及打點(diǎn)的時(shí)間間隔，可以求出此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中重錘下落運(yùn)動(dòng)的加速度大小的表達(dá)式為 _，

7、在打第5號(hào)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度大小的表達(dá)式為_(kāi)，要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選擇打下第_號(hào)和第 _號(hào)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的過(guò)程來(lái)研究。解析：用逐差法求加速度為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選擇打下第1號(hào)點(diǎn)和第5號(hào)點(diǎn)之間的過(guò)程來(lái)研究。變式3. I. 在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，（1）某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的紙帶如圖所示，測(cè)得所選計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B之間的間隔 ，B、C兩點(diǎn)之間的間隔 ，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為 （2）該同學(xué)上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示重錘增加的動(dòng)能略大于重錘減少的重力勢(shì)能，則出現(xiàn)這一問(wèn)題的原因可能是_。A. 實(shí)驗(yàn)所選重錘質(zhì)量過(guò)大B. 實(shí)驗(yàn)所選重錘質(zhì)量過(guò)小C. 實(shí)驗(yàn)時(shí)先接通電源后放紙帶D. 實(shí)驗(yàn)時(shí)先放紙

8、帶后接通電源答案：（1） （2）D問(wèn)題3、實(shí)驗(yàn)原理或方法的遷移創(chuàng)新類(lèi)問(wèn)題：例3. （2007?深圳期末）如圖（a）所示，用包有白紙的、總質(zhì)量為m的圓柱棒替代紙帶和重錘，蘸有顏料的毛筆固定在馬達(dá)上并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，使之替代打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。當(dāng)燒斷掛圓柱棒的線(xiàn)后，圓柱棒豎直自由落下，毛筆就在圓柱棒面上的紙上畫(huà)出記號(hào)，如圖（b）所示。測(cè)得記號(hào)之間的距離依次為26mm、42mm、 58mm、74mm、90mm、106mm，已知馬達(dá)銘牌上標(biāo)有“1500r/min”的字樣，由此驗(yàn)證機(jī)械能守恒。解析：本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是對(duì)課本實(shí)驗(yàn)原理的拓展，主要考查在新情境中，對(duì)已學(xué)知識(shí)的遷移應(yīng)用，考查分析、處理實(shí)際問(wèn)題的綜合能力，本題的關(guān)鍵

9、是要明確毛筆在圓柱棒上的劃痕周期與馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期相同的原理從而推出本實(shí)驗(yàn)的計(jì)時(shí)方式。（1）馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為1500r/min，可知其頻率為 。由于棒做自由落體運(yùn)動(dòng)，故畫(huà)線(xiàn)間距越靠近懸掛端越大，因此左端為懸掛端。（2）由勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可得圓柱棒下落速度為：所以C、D間圓柱棒動(dòng)能的變化量為：由此可得出結(jié)論為：物體在自由下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。 變式4. （2004?北京理綜卷）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量為m的重錘拖著紙帶下落，在此過(guò)程中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，在紙帶上選取 5個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D和E，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為 T，其中O為重錘開(kāi)始下落時(shí)記錄的點(diǎn)，

10、各計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離如圖所示。（當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間）（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)，重錘下落的速度 _，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)D時(shí)，重錘下落的速度 _。（2）從打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)D的過(guò)程中，重錘的重力勢(shì)能減小量 _。（3）在誤差允許范圍內(nèi)，通過(guò)比較_就可以驗(yàn)證重錘下落過(guò)程中機(jī)械能守恒了。答案： 變式5. 在驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，測(cè)得所用的重物的質(zhì)量為1.00kg，實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，如圖所示。把第一個(gè)點(diǎn)記做O，另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A，B，C，D作為測(cè)量的點(diǎn)。經(jīng)測(cè)量知道A，B，C，D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62.99

11、cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C 點(diǎn)，重力勢(shì)能的減少量等于_J，動(dòng)能的增加量等于_J。（取三位有效數(shù)字）根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，重物從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)下落的高度為 根據(jù)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)知識(shí)，重物運(yùn)動(dòng)至C點(diǎn)時(shí)的速度 等于重物從B運(yùn)動(dòng)至D這一段時(shí)間內(nèi)的平均速度，即答案：7.62 7.56【模擬試題1、關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，下列敘述正確的是（ ）A. 必須用天平測(cè)出重物的質(zhì)量B. 必須采用直流低壓電源C. 必須先接通電源，后釋放紙帶D. 必須用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間2、下列關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差的說(shuō)法，正確的是（ ）A. 重錘

12、質(zhì)量的稱(chēng)量不準(zhǔn)會(huì)造成較大誤差B. 重錘質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C. 重錘質(zhì)量選用得小些，有利于減小誤差D. 紙帶下落和打點(diǎn)不能同步會(huì)造成較大誤差3、本實(shí)驗(yàn)中，除鐵架臺(tái)、夾子、低壓交流電源、紙帶和重物外，還需選用的儀器是（ ）A. 秒表 B. 刻度尺C. 天平 D. 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器4、在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：（1）實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是_。（2）供選擇的重物有以下四個(gè)，應(yīng)選擇（ ）。A. 質(zhì)量為100g的鉤碼B. 質(zhì)量為10g的砝碼C. 質(zhì)量為200g的木球D. 質(zhì)量為10g的塑料球（3）給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器提供的電源如下，應(yīng)選擇（ ）。A. 4節(jié)干電池B. 3節(jié)蓄電池C. 學(xué)生電源4V6V，交流

13、輸出D. 學(xué)生電源4V6V，直流輸出5、用自由落體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，就是看 （n為計(jì)時(shí)點(diǎn)的編號(hào)0、1、2、n）。下列說(shuō)法正確的是（ ）。A. 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打第一個(gè)點(diǎn)0時(shí)，物體的速度為零B. 是計(jì)時(shí)點(diǎn)n到計(jì)時(shí)點(diǎn)0的距離C. m為重物的質(zhì)量，需用天平稱(chēng)量D. 用 計(jì)算 時(shí)， _，重物的動(dòng)能增加量 8、有位同學(xué)用落體法做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)，他挑選一條第1、2兩點(diǎn)之間的距離最接近2mm的紙帶進(jìn)行處理。設(shè)第一個(gè)點(diǎn)為A，第n個(gè)點(diǎn)為B，測(cè)量出AB之間的距離h，因?yàn)閺拈_(kāi)始下落到B點(diǎn)經(jīng)過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的時(shí)間是 ，如果有 對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求是_，為此目的，所選擇的紙帶第1、2兩點(diǎn)間的距離應(yīng)接近_。（2）若實(shí)驗(yàn)中所

14、用重錘的質(zhì)量 ，打點(diǎn)紙帶如圖所示，打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，則記錄B點(diǎn)時(shí)，重錘速度 _，重錘動(dòng)能 _，從開(kāi)始下落起至B點(diǎn)重錘的重力勢(shì)能減少量是_，由此可得出的結(jié)論是_。（3）根據(jù)紙帶算出相關(guān)各點(diǎn)的速度v，量出下落距離h，則以  【試題答案1、C（本題考查的是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中根據(jù)公式 。不需要測(cè)量重物的質(zhì)量。為了減小實(shí)驗(yàn)誤差要求重物適當(dāng)重些，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中運(yùn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，所以不需要秒表測(cè)時(shí)間，同時(shí)必須采用低壓交流電源，應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶，要求被選用的紙帶打出的第1、2兩點(diǎn)間距離接近2mm，故C選項(xiàng)正確。）2、B、D（本實(shí)驗(yàn)與重錘質(zhì)量無(wú)關(guān)，但重錘質(zhì)量

15、選得大些，則空氣阻力相對(duì)減小，可以忽略不計(jì)。有利于減小誤差；紙帶下落和打點(diǎn)不能同步有兩種情況：紙帶先下落后打點(diǎn)；重錘后下落，前者會(huì)使最初兩點(diǎn)間距離較正常間距偏大，且第一個(gè)點(diǎn)便有初動(dòng)能，會(huì)造成最初幾個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)跡不清，不便于選擇紙帶進(jìn)行測(cè)量。均會(huì)帶來(lái)較大誤差。）3、B、D（由實(shí)驗(yàn)儀器可知。）4、（1）帶紙帶夾的重錘（2）A（3）C實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是能夠連接紙帶的重物；為減小阻力的影響，重物應(yīng)選擇體積小、質(zhì)量大的物體，故問(wèn)題（2）中應(yīng)選A；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是使用交流電工作的儀器，工作電壓為4V6V，所以問(wèn)題（3）中應(yīng)選C；而A、B、D皆為直流電源，不能選。5、A、B（本實(shí)驗(yàn)的原理就是利用重物的自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。因此打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的第一個(gè)點(diǎn)，重物運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)為零， 與 分別表示打第n點(diǎn)時(shí)