高三复习学案：25 实验.DOCVIP

实验目的 利用自由落体运动验证在只有重力作用情况下的物体机械能守恒． 实验原理 1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的________保持不变．若物体某时刻的瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为______，动能的增加量为____________，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律． 2．计算打第n个点时速度的方法：测出第n个点与相邻前后点间的距离xn和xn＋1，由公式vn＝________________或vn＝算出，如图1所示． 图1 实验器材 铁架台(含铁夹)，打点计时器，__________，纸带，复写纸，导线，____________，重物(带纸带夹)． 实验步骤 图2 1．安装、准备：按如图2装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好．把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在________________． 2．打纸带：先__________，后__________，让重物带着纸带自由下落，这样计时器就在纸带上打下了一系列点，更换纸带重复上述步骤做3～5次实验． 3．选纸带：分两种情况来说明 (1)用mv2＝mgh来验证时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带．若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的．这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选． (2)用mv－mv＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，应选择适当的点作为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用． 数据处理 在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3、……用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3、…… 利用公式vn＝计算出点1、点2、点3、……的瞬时速度v1、v2、v3、…… 用以下三种方法进行验证： 方法一：利用起始点和第n点计算．代入ghn和v，如果在实验误差允许的条件下ghn＝v，则机械能守恒定律是正确的． 方法二：任取两点计算． (1)任取两点A、B测出hAB，算出ghAB. (2)算出v－v的值． (3)若在实验误差允许的条件下ghAB＝v－v，则机械能守恒定律是正确的． 方法三：图象法．从纸带上选取多个点，测量从第一个点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据画出v2－h图线．若在实验误差允许的条件下，图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒． 注意事项 1．安装打点计时器时要竖直架稳，使两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力． 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，再松开纸带让重物下落． 4．纸带长度应选用60 cm左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量． 5．速度不能用vn＝gtn或vn＝计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用vn＝gtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而实际上因为受摩擦阻力的影响，机械能应减小，所以速度应从纸带上直接测量计算．同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn＝gt或hn＝计算得到. 题型一　实验原理与步骤 【例1】 用如图3所示 图3 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，输出电压为6 V的交流电和直流电两种．重物从高处由静止开始下落，重物拖着纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，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”上； C．用天平测量出重物的质量； D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带； E．测量打出的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． 其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是______．(将其选项对应的字母填在横线处) (2)利用这个装置也可以测量重物下落的加速度a的数值．如图4所示，根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为x0，点A、C间的距离为x1，点C、E间的距离为x2，使用交流电的频率为f，根据这些条件计算重物下落的加速度a＝__________________. 图4 (3)在上述验证机械能守恒定律的实验中发现，重物减小的重力势能总是大于重物增加的动能，其原因主要是重物下落的过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度公认的较准确的值