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实验：验证机械能守恒定律

核心素养目标科学探究能制订验证机械能守恒定律的实验方案，确定需要测量的物理量，学会正确使用实验器材获取数据，对数据进行分析后得出结论，与同学讨论并分析误差及产生的原因，并能用物理语言准确描述实验结论。科学态度与责任通过实验验证，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。

知识点一实验思路1.自由下落的物体只受到_______作用，满足机械能守恒的条件。2.物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的___________，但__________与物体位移方向垂直(如图)，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。重力支持力支持力

3.用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向_______，对物体不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只 有重力做功，也满足机械能守恒的条件。 在只有重力做功的物体系统内，动能与重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 ΔEp减＝ΔEk增垂直

知识点二物理量的测量1.安装置：按图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。2.打纸带：(1)将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。 (2)先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。 (3)关闭电源，取下纸带。更换纸带重复做3～5次实验。

3.选纸带 (1)点迹清晰。实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第1个点是一个清晰的点。 (2)所打的点呈一直线。4.测长度：用毫米刻度尺测出所选定的各计时点到基准点的距离。

铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。(1)减小各种阻力的措施①安装时使打点计时器的限位孔与纸带处于同一竖直平面内。②应选用质量和密度较大的重物。(2)因重物下落过程中要克服阻力做功，实验中动能增加量必定稍小于重力势能减少量，否则实验数据不准确。

知识点三数据分析利用公式势能减少量不用测量质量mghn

3.验证方案

核心要点一实验原理与操作[例1]如图为验证“机械能守恒定律”的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：

(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有________。(填入正确选项前的字母)A.毫米刻度尺B.秒表C.0～12V的直流电源D.4～6V的交流电源

(2)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材B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上C.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带，再更换纸带重复多次D.测量纸带上某些点间的距离E.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能其中操作错误的步骤是________________。(3)实验中误差产生的原因有___________________________________________________________________________________________________________________(写出两个原因)。

解析(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要毫米刻度尺、4～6V的交流电源。(2)其中操作错误的步骤是将打点计时器接到电源的“直流输出”上，打点计时器需要交流电源。(3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用毫米刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算重力势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定等。答案(1)AD(2)B(3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用毫米刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差；交流电源频率不稳定

[针对训练1](1)在利用重锤做自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，有关重锤的质量，下列说法正确的是() A.应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力 B.应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动 C.不需要称量重锤的质量 D.必须称量重锤的质量(2)在该实验中，选定了一条较为理想的纸带，如图所示，“0”为起始点，以后纸带上所打的各点依次记为1、2、3…，测得的x1、x2、x3…是重锤从开始运动到各时刻的位移。已知打点计时器的打点周期为T，重锤质量为m，重力加速度为g，则当打点计时器打点“4”时，重锤动能的表达式为________；从“0”点到“4”点的过程中重锤重力势能的减少量表达式为______________。

核心要点二实验数据的处理[例2]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(带夹子)、天平