實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律第五章

機(jī)械能守恒定律夯實(shí)必備知識(shí)1實(shí)驗(yàn)裝置圖操作要領(lǐng)注意事項(xiàng)(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直:安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。(2)重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料。(3)應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，后松開(kāi)紙帶，讓重物下落。(4)測(cè)長(zhǎng)度，算速度:某時(shí)刻的瞬時(shí)速度的計(jì)算應(yīng)用vn=，不能用vn=或vn=gt來(lái)計(jì)算1.安裝器材:將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源相連。2.打紙帶用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近，先接通電源，再松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條(3~5條)。3.選紙帶:分兩種情況說(shuō)明(1)若選第1個(gè)點(diǎn)O到下落到某一點(diǎn)的過(guò)程，即用mgh=mv2來(lái)驗(yàn)證，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且第1、2兩點(diǎn)間距離接近2

mm的紙帶(電源頻率為50

Hz)。(2)用m-m=mghAB驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的變化量具有絕對(duì)性，處理紙帶時(shí)選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)即可實(shí)驗(yàn)裝置圖操作要領(lǐng)數(shù)據(jù)處理方案一:利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算代入mghn和m，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，mghn和m相等，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。方案二:任取兩點(diǎn)計(jì)算(1)任取兩點(diǎn)A、B，測(cè)出hAB，算出mghAB。(2)算出m-m的值。(3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若mghAB=m-m，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。方案三:圖像法從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一個(gè)點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出v2-h圖像。若在誤差允許的范圍內(nèi)，圖像是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律研透核心考點(diǎn)2考點(diǎn)二拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1

(2025·江蘇揚(yáng)州月考)如圖甲所示是用“落體法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置(g取10m/s2)。(1)選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖乙所示，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50Hz的交變電流。用分度值為1mm的刻度尺測(cè)得OA=12.41cm，OB=18.90cm，OC=27.06cm，在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B、B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重錘的質(zhì)量為1.00kg。甲同學(xué)根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出:當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開(kāi)始下落時(shí)減少了

J;此時(shí)重錘的速度vB=

m/s，此時(shí)重錘的動(dòng)能比開(kāi)始下落時(shí)增加了

J(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。

答案1.89

答案B先釋放了紙帶，然后才接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源1.(2024·江蘇海安期中)采用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)除圖甲所示的裝置外，在下列器材中，還必須使用的器材有

。

A.直流電源 B.天平(含砝碼)C.刻度尺

D.秒表(2)下列物理量中，需用工具直接測(cè)量的是

，通過(guò)計(jì)算間接測(cè)量的是

。

A.重物的質(zhì)量

B.重物下落的高度 C.重物下落的瞬時(shí)速度(3)安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖乙所示，O點(diǎn)是打下的第一個(gè)點(diǎn)，在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，其距O點(diǎn)的距離分別為hA、hB、hC。設(shè)重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，交流電的頻率為f。為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，重錘重力勢(shì)能的減少量ΔEp=

，動(dòng)能的增加量ΔEk=

(用題中所給字母表示)。

(4)某同學(xué)多次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:重錘重力勢(shì)能的減少量ΔEp大于動(dòng)能的增加量ΔEk，出現(xiàn)這個(gè)結(jié)果的原因可能的是

。

(4)重錘重力勢(shì)能的減少量ΔEp大于動(dòng)能的增加量ΔEk，出現(xiàn)這個(gè)結(jié)果的原因可能的是由于受到阻力的作用。考點(diǎn)二拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

例2

(2024·江蘇連云港期中)利用氣墊導(dǎo)軌做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。實(shí)驗(yàn)步驟如下:A.將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，并將導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平;B.用游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光條寬度d如圖乙所示;C.將滑塊移至圖示位置，測(cè)出遮光條到光電門(mén)的距離l;D.釋放滑塊，讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)的遮光時(shí)間Δt;E.用天平測(cè)出槽碼和托盤(pán)總質(zhì)量m，滑塊和遮光條總質(zhì)量M;F.改變遮光條到光電門(mén)的距離，重復(fù)C、D步驟;回答下列問(wèn)題:(1)下列關(guān)于調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的做法中，導(dǎo)軌視為已經(jīng)調(diào)節(jié)水平的是

。

A.給導(dǎo)軌充氣前，滑塊在導(dǎo)軌上保持靜止B.給導(dǎo)軌充氣前，滑塊在導(dǎo)軌上能夠滑動(dòng)C.給導(dǎo)軌充氣后，滑塊在導(dǎo)軌上保持靜止D.給導(dǎo)軌充氣后，調(diào)節(jié)底腳螺絲直至滑塊能做勻速直線運(yùn)動(dòng)解析給導(dǎo)軌充氣后，調(diào)節(jié)底腳螺絲直至滑塊能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明導(dǎo)軌已經(jīng)調(diào)節(jié)水平。充氣前，存在較大阻力，故D正確。答案D(2)根據(jù)圖乙可知遮光條寬度d=

cm。

(3)實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩對(duì)滑塊的拉力

mg(選填“大于”“小于”或“等于”)。

解析

(2)d=13

mm+4×0.1

mm=13.4

mm=1.34

cm。(3)因?yàn)椴鄞a和托盤(pán)向下加速運(yùn)動(dòng)，處于失重狀態(tài)，所以細(xì)繩對(duì)滑塊的拉力小于mg。答案

(2)1.34

(3)小于

(5)保持M、d不變，實(shí)驗(yàn)中另一名同學(xué)利用不同的m進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到圖丙中的圖線b，分析原因可能該同學(xué)用的m

(選填“較小”或“較大”)。

答案較大2.(2024·江蘇徐州期中)某學(xué)習(xí)興趣小組利用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。裝置中M為斜槽，N為水平放置可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板，白紙和復(fù)寫(xiě)紙固定在豎直背板上。鋼球在斜槽中從某一位置由靜止釋放，從末端飛出后，落到N上，擠壓復(fù)寫(xiě)紙，在白紙上留下印跡。上下調(diào)節(jié)擋板N，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，利用描跡法描繪出鋼球的運(yùn)動(dòng)軌跡。在描出的軌跡上安裝光電門(mén)1和光電門(mén)2。改變光電門(mén)2的位置，使鋼球多次釋放后均可以無(wú)阻礙地通過(guò)兩光電門(mén)。記錄光電門(mén)1的擋光時(shí)間t0，光電門(mén)2的擋光時(shí)間t(多組數(shù)據(jù))，測(cè)量鋼球直徑d作為擋光時(shí)間里鋼球的位移。(1)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是

。

A.必須測(cè)量鋼球的質(zhì)量B.必須將M末端調(diào)至水平C.鋼球必須從M上同一位置由靜止釋放(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)鋼球直徑如圖乙所示，d=

cm。

(3)鋼球通過(guò)光電門(mén)1的速度v1=

(用題中給出字母表示)。

(5)

可能存在的系統(tǒng)誤差:鋼球要克服阻力做功;鋼球通過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間內(nèi)的平均速度略小于球心經(jīng)過(guò)光電門(mén)的速度。提升素養(yǎng)能力3A級(jí)基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練1.(2025·江蘇鎮(zhèn)江三模)如圖甲所示是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的裝置。氣墊導(dǎo)軌上A處安裝有一光電門(mén)，B處放置一滑塊，滑塊中央位置上固定一遮光條，氣墊導(dǎo)軌的右端用若干塊厚度相同的小木板墊起，重力加速度為g。(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)得遮光條的寬度如圖乙，則遮光條的寬度d為

mm。

(2)某次實(shí)驗(yàn)，滑塊由靜止釋放，遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)，光電門(mén)測(cè)得時(shí)間t，滑塊的速度為

(用題中所給物理量的符號(hào)表示)。

(5)某小組在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)的動(dòng)能總是大于其重力勢(shì)能的減少量，則該小組實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題可能是

。

A.滑塊向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有阻力B.遮光片的寬度測(cè)量值偏小C.釋放時(shí)滑塊有向上的初速度D.小木板墊高的位置過(guò)于偏右

(5)滑塊向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有阻力，則滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)的動(dòng)能小于其重力勢(shì)能的減少量，故A不符合題意;遮光片的寬度測(cè)量值偏小，速度測(cè)量值偏小，則滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)的動(dòng)能小于其重力勢(shì)能的減少量，故B不符合題意;釋放時(shí)滑塊有向上的初速度，初動(dòng)能不為零，則滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)的動(dòng)能大于其重力勢(shì)能的減少量，故C符合題意;小木板墊高的位置過(guò)于偏右，滑塊下降高度偏小，滑塊通過(guò)光電門(mén)的速度偏小，則滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)的動(dòng)能小于其重力勢(shì)能的減少量，故D不符合題意。2.(2024·江蘇淮安期中)一小組同學(xué)用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。已知重物A(含擋光片)、B的質(zhì)量分別為mA和mB(mB>mA)，擋光片的寬度為d，重力加速度為g。實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:A.按圖甲裝配好定滑輪和光電門(mén)B.A、B用繩連接后跨放在定滑輪上，用手托住BC.測(cè)量擋光片中心到光電門(mén)中心的豎直距離hD.先接通光電門(mén)的電源，后釋放BE.記錄擋光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間Δt

3.(2024·江蘇蘇州期末)小明利用圖甲所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。細(xì)線一端系在圓形量角器中心軸上，另一端系一個(gè)金屬小球，在小球運(yùn)動(dòng)軌跡的最低點(diǎn)安裝一個(gè)光電門(mén)。本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量有:小球的直徑d、細(xì)線長(zhǎng)度L、小球通過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間Δt，小球靜止釋放時(shí)細(xì)線與豎直方向的夾角θ等。(1)為完成實(shí)驗(yàn)，以下器材中必須用到的是

(填寫(xiě)器材前的字母標(biāo)號(hào))。

A.秒表 B.天平 C.刻度尺(2)某次釋放小球前，細(xì)線與圓形量角器位置關(guān)系的局部放大圖如圖乙所示，此時(shí)對(duì)應(yīng)的θ為

。

4.(2024·江蘇無(wú)錫期中)可以設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)方案來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 (1)一小組利用圖甲裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。①實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T(mén)。設(shè)重物的質(zhì)量為m，從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能變化量ΔEp=

，動(dòng)能變化量ΔEk=

;

(2)另一小組采用裝置如圖丙所示。一質(zhì)量為m、直徑為d的小球固定于釋放裝置上，在小球正下方固定四個(gè)光電門(mén)，調(diào)節(jié)各光電門(mén)的中心，使其與小球的球心均在同一豎直線上。由靜止釋放小球，記錄小球通過(guò)每個(gè)光電門(mén)的擋光時(shí)間，重力加速度為g。①若測(cè)得某光電門(mén)的中心與釋放點(diǎn)的豎直距離為h，小球通過(guò)此光電門(mén)的擋光時(shí)間為Δt，則小球從釋放點(diǎn)下落至此光電門(mén)中心時(shí)的動(dòng)能增加量ΔEk=

，重力勢(shì)能減小量ΔEp=

(用題中字母表示);

②根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出ΔEk-ΔEp的圖像，如圖丁所示。若圖中虛線的斜率k≈

，則可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律;

③經(jīng)過(guò)多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小球經(jīng)過(guò)第三個(gè)光電門(mén)時(shí)，ΔEk總是大于ΔEp，下列原因中可能的是

。

A.第三個(gè)光電門(mén)的中心與釋放點(diǎn)的豎直距離測(cè)量值偏大B.第三個(gè)光電門(mén)的中心偏離小球下落時(shí)球心所在的豎直線