(共40张PPT)
6.实验：验证机械能守恒定律
课 标 要 求
1．理解实验设计思路，明确实验直接测量的物理量．
2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法．
3．能理解利用数字计时器等方法验证机械能守恒定律的原理．
思 维 导 图
一、实验目的
验证只有重力做功时，系统的机械能守恒．
二、实验原理
实验装置如图所示．
通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．
三、实验器材
打点计时器、交流电源、纸带、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线．
探究点一 实验原理和操作
典例示范
例1 用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出低压交流电和直流电两种，重物从高处由静止开始落下，重物拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．
(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；
C．用天平测量出重物的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，接通电源开关打出一条纸带；
E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；
F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
其中没有必要进行的步骤是________；操作不恰当的步骤是________．
C
BD
(2)某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，打下的一条纸带如图所示，0点为起始点，测得3点、6点、9点与第一点0间的距离分别为hA＝1.75 cm，hB＝7.00 cm，hC＝15.70 cm，交流电的周期是0.02 s，当地的重力加速度g＝9.8 m/s2，设重物的质量是m＝1.00 kg，则从0点到6点，重物的动能增量ΔEk＝________ J，重物重力势能减少量ΔEp＝________ J．(均保留两位有效数字)
0.68
0.69
素养训练1 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、…、n.则：
(1)如果用打出的点2到点6之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为_______________________、_________________________、_________________，必须计算出的物理量为____________________、_______________________，验证的表达式为____________________.
点2到点6之间的距离h26
点1到点3之间的距离h13
点5到点7之间的距离h57
打下点2时纸带的瞬时速度v2
打下点6时纸带的瞬时速度v6
ADBCEF
探究点二 数据处理和误差分析
典例示范
例2 如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置．
(g取9.80 m/s2)
(1)选出一条纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流．用分度值为1 mm的刻度尺测得OA＝12.41 cm，OB＝18.90 cm，OC＝27.06 cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1.00 kg.甲同学根据以上数据算出：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；此时重锤的速度vB＝________ m/s，此时重锤的动能比开始下落时增加了________ J．
(结果均保留三位有效数字)
1.85
1.83
1.67
B
先释放了纸带，再合上打点计时器的开关
素养训练2 某同学利用打点计时器记录重锤自由下落来验证机械能守恒定律，他已安装好部分实验器材，如图所示．
(1)图中实验器材需要用到的是________．
DEF
解析：打点计时器有计时作用，故不需要秒表；图中的打点计时器为电火花打点计时器，所以不需要学生电源，需要用到纸带，刻度尺测量纸带长度，以及重锤，为了减小误差，应选质量较大的重锤，故选D、E、F.
(2)图是按照正确的实验操作得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G、H计数点为连续打下的各点(已知打点计时器的频率f＝50 Hz，重力加速度g＝9.8 m/s2，重锤质量m＝200 g)．该同学选取BG段进行研究，通过计算求得B点的速度为0.905 m/s，G点的速度为________ m/s，以及重物在BG过程中动能的增加量为0.260 J，减少的重力势能为________ J(以上结果均保留3位有效数字)．由计算数据得到重物下落过程中减少的重力势能略大于增加的动能，造成的原因是____________________________________
1.85
0.270
空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力影响
探究点三 创新实验
典例示范
例3 某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05 s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如表所示．(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留3位有效数字)
时刻 t2 t3 t4 t5
速度/m·s－1 4.99 4.48 3.98
(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________ m/s.
(2)从t2到t5时间内，重力势能增加量ΔEp＝________ J，动能减少量ΔEk＝________ J．
(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp________ΔEk(填“＞”“＜”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是_________________________
3.48
1.24
1.28
＜
存在空气阻力
解析：由计算可得ΔEp＜ΔEk，主要是由于存在空气阻力．
素养训练3
利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示．
(1)实验步骤：
①将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调到水平；
②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30 mm；
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x＝________ cm；
④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；
⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.
答案：60.00(59.96～60.04)
解析：由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x＝60.00 cm(59.96～60.04)．
(2)用表示直接测量的物理量字母写出下列所示物理量的表达式：
①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________．
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝____________和Ek2＝____________．
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp减＝________(重力加速度为g)．
mgx
(3)如果ΔEp减＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．
Ek2－Ek1
解析：如果ΔEp减＝Ek2－Ek1，如果两者在误差允许范围内相等，则可认为验证机械能守恒定律．
1．某同学利用如图所示装置验证机械能守恒定律，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落．
(1)装置安装完毕后，该同学先接通打点计时器，紧接着释放纸带进行实验．重复该步骤两次，然后在打出的纸带中选取一条点迹清晰的纸带．
(2)该同学选取的纸带如图所示，在纸带上间距较大处开始每隔三个计时点取一个计数点，标记为1、2、3、4、5、6，测出相邻两个计数点的间距，分别表示为x1、x2、x3、x4、x5.已知重物质量为m，当地重力加速度为g＝10 m/s2，计时器打点频率未知．为了验证此实验从打计数点2到打计数点5的过程中机械能守恒，需要计算出此过程中重物重力势能的减少量ΔEp和动能的增加量ΔEk，则ΔEp＝___________，ΔEk＝__________________．(设交流电频率为f，答案用符号表示)
mg(x2＋x3＋x4)
(3)若本题中测得x1＝28.0 cm，x2＝38.0 cm，不考虑任何阻力，则本题中所用的交流电频率为________ Hz.
40
2．利用如图甲所示气垫导轨装置验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．
(1)实验前需要调节气垫导轨水平，操作过程是：
①________(选填“挂上”或“不挂”)钩码，接通气源；
②调节导轨底座旋钮，使得滑块能在导轨上处于___________状态．
不挂
静止
(或匀速直线运动)
解析：
①不挂钩码，这样没有拉力作为动力，接通气源，是为了消除导轨的阻力；
②调节导轨底座旋钮，使得滑块能在导轨上静止或者匀速运动；
(2)实验中，接通气源，滑块静止释放后，测得数字计时器的读数为t和滑块释放位置B与光电门A之间的距离为L.改变距离L，重复上述实验多次，已知钩码质量m，滑块质量M，遮光条宽度d.若在实验误差允许范围内始终满足等量关系mgL＝_____________(用上述物理量符号表示)，则系统机械能守恒．
(3)某实验小组分析实验数据时发现，系统增加的动能总是明显大于钩码减小的重力势能，其原因是____________________．
气垫导轨右端偏高
解析：系统增加的动能总是大于钩码减小的重力势能，说明可能是在调节导轨底座的操作过程中，使滑块具有了初速度，即气垫导轨右端偏高．
3．小李利用如图所示的实验装置来探究物体在下落过程中机械能是否守恒．
下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．用天平测出重物的质量
B．按照图示的装置安装器材
C．将打点计时器接到电源的“直流输出”上
D．释放纸带，立即接通电源开关打出一条纸带
E．测量纸带上某些点间的距离
F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
(1)请指出小李同学在实验操作中不一定要进行的步骤是________．
(将其选项对应的字母填在横线处)
A
(2)请指出图中及在上述实验操作中存在的不当或明显错误的地方：
答案：
①B项中安装器材时，图中重物离打点计时器过远，应使重物靠近打点计时器
②C项中打点计时器不能使用直流电源，应使用交流电源
③D项中实验时应先接通电源，打点计时器工作稳定后再释放重物
解析：B项中，安装器材时图中重物离打点计时器过远，纸带空白太长，应使重物靠近打点计时器，以在纸带上打出更多的点．C项中打点计时器不能使用直流电源，应使用交流电源．D项中实验时应先接通电源，打点计时器工作稳定后再释放重物．
(3)与小李同班的小张同学利用光电门传感器设计了如图所示的实验装置来研究小物体自由下落时机械能是否守恒，图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器．实验时测得A、B两光电门之间的竖直距离为h，小物体从某高度处先后通过A、B，小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t1，通过B的挡光时间为t2.
①请写出小张同学能证明自由落体过程中小物体的机械能守恒时应满足的关系式
②请指出小张同学的实验设计和操作中可能会引起明显误差的地方(请至少写出一种)6.实验：验证机械能守恒定律
课 标 要 求
1.理解实验设计思路，明确实验直接测量的物理量．
2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法．
3．能理解利用数字计时器等方法验证机械能守恒定律的原理．
思 维 导 图
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、实验目的
验证只有重力做功时，系统的机械能守恒．
二、实验原理
实验装置如图所示．
通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．
三、实验器材
打点计时器、交流电源、纸带、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线．
[误差分析]
(1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测量下落距离时都从第1点量起，一次将各点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值．
(2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk＝.必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力．
四、实验步骤
(1)安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相连．
(2)打纸带：用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5条)纸带．
(3)选纸带：分两种情况说明
①若选第1点到下落到某一点的过程，即用mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离接近2 mm的纸带(电源频率为50 Hz)．
②用＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点即可．
五、实验结论
在实验误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒．
[注意事项]
(1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力．
(2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．
(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落．
(4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝，不能用vn＝或vn＝gt来计算．
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究点一 实验原理和操作
典例示范
例1 用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出低压交流电和直流电两种，重物从高处由静止开始落下，重物拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．
(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；
C．用天平测量出重物的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，接通电源开关打出一条纸带；
E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；
F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
其中没有必要进行的步骤是________；操作不恰当的步骤是________．
(2)某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，打下的一条纸带如图所示，0点为起始点，测得3点、6点、9点与第一点0间的距离分别为hA＝1.75 cm，hB＝7.00 cm，hC＝15.70 cm，交流电的周期是0.02 s，当地的重力加速度g＝9.8 m/s2，设重物的质量是m＝1.00 kg，则从0点到6点，重物的动能增量ΔEk＝________ J，重
物重力势能减少量ΔEp＝________ J．(均保留两位有效数字)
素养训练1 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、…、n.则：
(1)如果用打出的点2到点6之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为________、________、________，必须计算出的物理量为________、________，验证的表达式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是____(填写步骤前面的字母)．
A．将打点计时器竖直安装在铁架台上
B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落
C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验
D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带
E．选择一条纸带，用刻度尺测出重物下落的高度h1、h2、h3、…、hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3、…、vn
F．分别算出和mghn，在实验误差范围内看是否相等
探究点二 数据处理和误差分析
典例示范
例2 如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置．(g取9.80 m/s2)
(1)选出一条纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流．用分度值为1 mm的刻度尺测得OA＝12.41 cm，OB＝18.90 cm，OC＝27.06 cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1.00 kg.甲同学根据以上数据算出：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；此时重锤的速度vB＝________ m/s，此时重锤的动能比开始下落时增加了________ J．(结果均保留三位有效数字)
(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、以v2为纵轴作出了如图丙所示的图线．图线的斜率近似等于________．
A．19.6 B．9.8 C．4.90
图线未过原点O的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
素养训练2 某同学利用打点计时器记录重锤自由下落来验证机械能守恒定律，他已安装好部分实验器材，如图甲所示．
甲
乙
(1)图中实验器材需要用到的是________．
(2)图乙是按照正确的实验操作得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G、H计数点为连续打下的各点(已知打点计时器的频率f＝50 Hz，重力加速度g＝9.8 m/s2，重锤质量m＝200 g)．该同学选取BG段进行研究，通过计算求得B点的速度为0.905 m/s，G点的速度为________ m/s，以及重物在BG过程中动能的增加量为0.260 J，减少的重力势能为________ J(以上结果均保留3位有效数字)．由计算数据得到重物下落过程中减少的重力势能略大于增加的动能，造成的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
探究点三 创新实验
典例示范
例3 某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05 s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如表所示．(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留3位有效数字)
时刻 t2 t3 t4 t5
速度/m·s－1 4.99 4.48 3.98
(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________ m/s.
(2)从t2到t5时间内，重力势能增加量ΔEp＝________ J，动能减少量ΔEk＝________ J．
(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp________ΔEk(填“＞”“＜”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
素养训练3 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示．
(1)实验步骤：
①将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调到水平；
②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30 mm；
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x＝________ cm；
④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；
⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.
(2)用表示直接测量的物理量字母写出下列所示物理量的表达式：
①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________．
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________．
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp减＝________(重力加速度为g)．
(3)如果ΔEp减＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．
随堂演练·自主检测——突出创新性 素养达标
1．某同学利用如图所示装置验证机械能守恒定律，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落．
(1)装置安装完毕后，该同学先接通打点计时器，紧接着释放纸带进行实验．重复该步骤两次，然后在打出的纸带中选取一条点迹清晰的纸带．
(2)该同学选取的纸带如图所示，在纸带上间距较大处开始每隔三个计时点取一个计数点，标记为1、2、3、4、5、6，测出相邻两个计数点的间距，分别表示为x1、x2、x3、x4、x5.已知重物质量为m，当地重力加速度为g＝10 m/s2，计时器打点频率未知．为了验证此实验从打计数点2到打计数点5的过程中机械能守恒，需要计算出此过程中重物重力势能的减少量ΔEp和动能的增加量ΔEk，则ΔEp＝________，ΔEk＝________．(设交流电频率为f，答案用符号表示)
(3)若本题中测得x1＝28.0 cm，x2＝38.0 cm，不考虑任何阻力，则本题中所用的交流电频率为________ Hz.
2．利用如图甲所示气垫导轨装置验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．
(1)实验前需要调节气垫导轨水平，操作过程是：
①________(选填“挂上”或“不挂”)钩码，接通气源；
②调节导轨底座旋钮，使得滑块能在导轨上处于________状态．
(2)实验中，接通气源，滑块静止释放后，测得数字计时器的读数为t和滑块释放位置B与光电门A之间的距离为L.改变距离L，重复上述实验多次，已知钩码质量m，滑块质量M，遮光条宽度d.若在实验误差允许范围内始终满足等量关系mgL＝________(用上述物理量符号表示)，则系统机械能守恒．
(3)某实验小组分析实验数据时发现，系统增加的动能总是明显大于钩码减小的重力势能，其原因是________________________________________________________________________．
3．小李利用如图所示的实验装置来探究物体在下落过程中机械能是否守恒．
下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．用天平测出重物的质量
B．按照图示的装置安装器材
C．将打点计时器接到电源的“直流输出”上
D．释放纸带，立即接通电源开关打出一条纸带
E．测量纸带上某些点间的距离
F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
(1)请指出小李同学在实验操作中不一定要进行的步骤是________．(将其选项对应的字母填在横线处)
(2)请指出图中及在上述实验操作中存在的不当或明显错误的地方：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________.
(3)与小李同班的小张同学利用光电门传感器设计了如图所示的实验装置来研究小物体自由下落时机械能是否守恒，图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器．实验时测得A、B两光电门之间的竖直距离为h，小物体从某高度处先后通过A、B，小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t1，通过B的挡光时间为t2.
①请写出小张同学能证明自由落体过程中小物体的机械能守恒时应满足的关系式__________________；
②请指出小张同学的实验设计和操作中可能会引起明显误差的地方(请至少写出一种)：________________________________________________________________________.
6．实验：验证机械能守恒定律
关键能力·合作探究
探究点一
【典例示范】
例1 解析：(1)没有必要进行的步骤是C，本实验是用自由落体运动验证机械能守恒，验证的是mgh＝mv2，所以质量可不用测；操作不恰当的步骤是BD，打点计时器连接的应该是交流电源，操作时应该先接通电源后释放重物．(2)从0点到6点，重物的动能增量ΔEk＝＝，所以ΔEk＝×1×[]2J＝0.68 J，重物重力势能减少量ΔEp＝mghB＝0.69 J.
答案：(1)C BD (2)0.68 0.69
素养训练1
解析：(1)要验证打出的点2到点6之间的纸带对应重物的运动过程中机械能是否守恒，应测出点2到点6的距离h26，要计算打下点2和点6时纸带对应的速度v2和v6，必须测出点1到点3之间的距离h13和点5到点7之间的距离h57，验证的表达式为mgh26＝.
(2)实验操作顺序为ADBCEF.
答案：(1)点2到点6之间的距离h26 点1到点3之间的距离h13 点5到点7之间的距离h57 打下点2时纸带的瞬时速度v2 打下点6时纸带的瞬时速度v6 mgh26＝ (2)ADBCEF
探究点二
【典例示范】
例2 解析：(1)当打点计时器打到B点时，重锤的重力势能减小量ΔEp＝mg·OB＝1.00×9.80×18.90×10－2J≈1.85 J；打B点时重锤的速度vB＝＝ m/s≈1.83 m/s，此时重锤的动能增加量ΔEk＝＝×1.00×1.832 J≈1.67 J.
(2)由机械能守恒定律有mv2＝mgh，可得v2＝gh，由此可知图线的斜率近似等于重力加速度g，故B正确．由图线可知，h＝0时，重锤的速度不等于零，原因是该同学做实验时先释放了纸带，然后才合上打点计时器的开关．
答案：(1)1.85 1.83 1.67 (2)B 先释放了纸带，再合上打点计时器的开关
素养训练2
解析：(1)打点计时器有计时作用，故不需要秒表；图中的打点计时器为电火花打点计时器，所以不需要学生电源，需要用到纸带，刻度尺测量纸带长度，以及重锤，为了减小误差，应选质量较大的重锤，故选D、E、F.
(2)因为打点计时器的频率f＝50 Hz，故两点之间的时间间隔为T＝＝0.02 s，由匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等于平均速度可得G点的速度vG＝＝ m/s＝1.85 m/s，重物在BG段减少的重力势能为ΔEp＝mgxBG＝0.2×9.8×(15.50－1.70)×10－2J＝0.270 J，重物下落过程中减少的重力势能略大于增加的动能，造成的原因是空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力影响．
答案：(1)DEF (2)1.85 0.270 空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力影响
【典例示范】
例3 解析：(1)v5＝×10－2 m/s＝3.48 m/s.
(2)重力势能的增加量ΔEp＝mgΔh，代入数据可得ΔEp≈1.24 J，动能减少量为ΔEk＝，代入数据可得ΔEk≈1.28 J.
(3)由计算可得ΔEp＜ΔEk，主要是由于存在空气阻力．
答案：(1)3.48 (2)1.24 1.28 (3)＜ 存在空气阻力
素养训练3 解析：(1)③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x＝60.00 cm(59.96～60.04)．
(2)①由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度当作瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间Δt可从数字计时器读出，因此，滑块通过光电门的瞬时速度可由计算，则滑块通过光电门1时瞬时速度为v1＝，通过光电门2时瞬时速度为v2＝.
②当滑块通过光电门1时系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能Ek1＝(M＋m)()2，通过光电门2时的总动能Ek2＝(M＋m)()2.
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp减＝mgx.
(3)如果ΔEp减＝Ek2－Ek1，如果两者在误差允许范围内相等，则可认为验证机械能守恒定律．
答案：(1)③60.00(59.96～60.04)
(2)① ②(M＋m)()2
(M＋m)()2 ③mgx
(3)Ek2－Ek1
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1．解析：(2)重物重力势能的减少量ΔEp＝mgh＝mg(x2＋x3＋x4)，打点2时的速度v2＝＝(x1＋x2)，打点5时的速度v5＝(x4＋x5)，动能增加量ΔEk＝＝[(x4＋x5)2－(x1＋x2)2].
(3)由于x2－x1＝g()2，代入数据得f＝40 Hz.
答案：(2)mg(x2＋x3＋x4) [(x4＋x5)2－(x1＋x2)2]
(3) 40
2．解析：(1)①不挂钩码，这样没有拉力作为动力，接通气源，是为了消除导轨的阻力；②调节导轨底座旋钮，使得滑块能在导轨上静止或者匀速运动；
(2)系统的动能增量为(M＋m)()2－0，若在实验误差允许范围内，重力势能转化为动能，则mgL＝(M＋m)；
(3)系统增加的动能总是大于钩码减小的重力势能，说明可能是在调节导轨底座的操作过程中，使滑块具有了初速度，即气垫导轨右端偏高．
答案：(1)不挂 静止(或匀速直线运动)
(2)(M＋m)()2 (3) 气垫导轨右端偏高
3．解析：(1)因为需要比较mgh和mv2的大小关系，即使不测量m，也可达到目的，因此不一定要进行的步骤是：用天平测出重物的质量，A正确．(2)B项中，安装器材时图中重物离打点计时器过远，纸带空白太长，应使重物靠近打点计时器，以在纸带上打出更多的点．C项中打点计时器不能使用直流电源，应使用交流电源．D项中实验时应先接通电源，打点计时器工作稳定后再释放重物．(3)本实验中利用小物体通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，可得物体经过光电门A、B时的速度分别为v1＝，v2＝，据机械能守恒定理可得mgh＝，联立可得()2－()2＝2gh，可能会引起明显误差的有：A、B两光电门之间的竖直距离h的测量误差；物体上挡光片的宽度d偏大，导致瞬时速度测量不准确．
答案：(1)A (2)①B项中安装器材时，图中重物离打点计时器过远，应使重物靠近打点计时器 ②C项中打点计时器不能使用直流电源，应使用交流电源 ③D项中实验时应先接通电源，打点计时器工作稳定后再释放重物
(3)①()2－()2＝2gh ②A、B两光电门之间的竖直距离h的测量误差；物体上挡光片的宽度d偏大，导致瞬时速度测量不准确
