第七章 机械能守恒定律
第九节 实验：验证机械能守恒定律
1．在验证机械能守恒定律的实验中，有同学按以下步骤进行实验操作：
A．用天平称出重锤和夹子的质量．
B．固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器．
C．松开纸带，接通电源，开始打点．并如此重复多次，以得到几条打点纸带．
D．取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距离O点较近处选择连续几个计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值．21教育网
E．测出各点到O点的距离，即得到重锤下落的高度．
F．计算出mghn和mv，看两者是否相等．
在以上步骤中，不必要的步骤是________；有错误或不妥的步骤是________(填写代表字母)；更正情况是①________，②________，③________，④________．
解析：本实验的目的是要验证机械能守恒定律，即比较重锤在下落过程中重力势能的减少量ΔEp与动能的增加量ΔEk是否相等，如果操作不当或错误，就会增大重锤和纸带所受阻力，导致机械能损耗过大，无法达到实验目的．为了保证实验成功和减少机械能损耗，在实验操作时应遵照注意事项，因此本题可对照实验注意事项和围绕减小误差方面进行考虑．www.21-cn-jy.com
因本实验是通过比较重力势能的减少量ΔEp是否等于动能的增加量ΔEk来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物(含重锤和夹子)的质量，故步骤A是多余的．2·1·c·n·j·y
有错误或不妥的步骤是B、C、D、F.原因和更正办法分别是：
B中“让手尽量靠近”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”，因打点计时器开始工作应从与重锤靠近的纸带开始打点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约40 cm即可．21·cn·jy·com
C中应先接通电源，后松开纸带．因为只有当打点计时器工作正常后再让重锤下落，才可保证打第一个点时重锤的初速度为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点．
D中应将“距离O点较近处”改为“距离O点较远处”，因为所取的各计数点应尽量是重锤自由下落运动的真实记录，而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态，同时开始的几个点比较密集，会增加长度测量的误差．2-1-c-n-j-y
F中应改为“ghn和v”，因本实验中是通过比较重锤的重力势能减少量mghn和动能增加量mv的大小来达到验证的目的，对于同一个研究对象(重锤)来说，质量是一定的，故只需比较ghn和v就能达到目的．21*cnjy*com
答案：见解析
2．某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有220 Hz、30 Hz和40 Hz，打出纸带的一部分如图乙所示．
图甲
图乙
该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他条件进行推算．
(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图乙中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________．21·世纪*教育网
(2)已测得x1＝8.89 cm，x2＝9.50 cm，x3＝10.10 cm；当重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f为________Hz.
解析：(1)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得vB＝＝；vC＝＝；由速度公式vC＝vB＋aT可得a＝.
(2)由牛顿第二定律，可得mg－0.01mg＝ma，所以a＝0.99g，结合(1)解出的加速度表达式，代入数据，可得f＝40 Hz.www-2-1-cnjy-com
答案：(1) (2)40
3．某同学利用如图所示装置验证机械能守恒定律.圆弧轨道竖直放置，轨道边缘标有表示圆心角的刻度，轨道最低点装有压力传感器．现将小球置于轨道上θ刻度处由静止释放，当其通过最低位置时，读出压力传感器的示数F.已知当地重力加速度为g.
(1)为验证小球在沿轨道下滑过程中机械能守恒，实验中还必须测量的物理量有____________；
A．轨道的半径R
B．小球的质量m
C．每次小球释放点离地面的高度h
D．每次小球在轨道上运动的时间t
(2)根据实验测得的物理量，写出小球在运动过程中机械能守恒应满足的关系式为F＝____________________；21cnjy.com
(3)写出一条提高实验精确度的建议________________．
解析：(1)小球沿轨道下滑过程中，只有重力做功，重力势能转化为小球的动能，据机械能守恒定律，得
mgR(1－sin θ)＝mv2，①
在轨道最低位置处，据牛顿第二定律，得
F－mg＝m，②
联立①②式，可得mgR(1－sin θ)＝R(F－mg)，
整理得mg(1－sin θ)＝(F－mg)，③
由上式可知，要验证小球沿轨道下滑过程中机械能是否守恒，实验中还必须测量小球的质量，故B正确，A、C、D错误．【来源：21·世纪·教育·网】
(2)由(1)问中③式，可得F＝3mg－2mgsin θ.
(3)为提高实验精确度，可以多次测量取平均值，或者是减小空气阻力的影响(减小小球体积或增大其密度等)．21世纪教育网版权所有
答案：(1)B (2)3mg－2mgsin θ (3)多次测量取平均值(其他答案合理即可)
课件39张PPT。第七章 机械能守恒定律
