2017届高考物理一轮复习专题十二实验与探究考点一力学实验实验六验证机械能守恒定律教学案含解析.doc

实验六　验证机械能守恒定律 基础点1.实验装置图 2．实验目的 验证机械能守恒定律。 3．实验原理 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相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。 4．实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根。 5．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低压电源相连。 (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 若选第1点O到下落到某一点的过程，即用mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。 用mv－mv＝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，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否小于或接近2 mm就无关紧要了。 6．实验结论 在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒。 重难点一、数据处理 1．求瞬时速度 在第一个打点上标出O，并从稍靠后的某一点开始，依次标出1、2、3、4、…并量出各点到位置O的距离h1、h2、h3、h4、…。用公式vn＝计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3、v4、…。 2．验证守恒 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范围内，ghn＝v，则说明机械能守恒定律是正确的。 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)如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝v－v，则说明机械能守恒定律是正确的。 法三：图象法。从纸带上选取多个点，测量从第一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，根据实验数据绘出v2-h图线。若在误差允许的范围内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定律。 二、误差分析 三、注意事项 1．打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，以减小摩擦阻力。 2．应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。 3．实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带。 4．测下落高度时，若采用法一、法三，要从第一个打点测起，并且挑选1、2间距离为2 mm的纸带，并且各点对应的下落高度要一次测量完。若采用法二则不受此限制，但无论哪种方法纸带长度选用60 cm左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量。 5．如果不测出物体质量时，只需验证v＝ghn或v－v＝gΔhAB也可以验证机械能守恒定律。 6．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，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，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。 四、实验改进 1．物体的速度可以用光电计时器测量，以减小由于测量和计算带来的误差。 2．整个实验装置可以放在真空的环境中操作，如用牛顿管和频闪照相进行验证，以消除由于空气阻力作用而带来的误差。 3．可以利用气垫导轨来设计该实验，以减小由于摩擦带来的误差。 4．为防止重物被释放时的初速度不为零，可将装置改成如图所示形式，剪断纸带最上端，让重物从静止开始下落。 　[考法综述]　对验证机械能守恒定律实验的考查，从近几年的高考题看，更多的题目还是以机械能守恒定律的典型模型为背景进行设计创新来考查实验能力。设计虽“万变”但“不离其宗”，实验的原理、方法等与教材已有的实验基本是相通的，要注意迁移应用。所以复习本实验时要注意掌握： 3种方法——验证守恒的三种方法 1个速度——物体的速度v的求解 1种迁移——实验原理的迁移 命题法1　实验数据的处理 典例1　　某同学利用如图(甲)所示的实验装置验证机械能守恒定律。弧形轨道末端水平，离地面的高度为H。将钢球从轨道的不同高度h处由静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为x。 (1)若轨道完全光滑，x2与h的理论关系应满足x2＝________。(用H、h表示) (2)该同学经实验测量得到一组数据如表所示，请在图(乙)所示的坐标纸上作出x2-h关系图。 h(10－1 m) 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 x2(10－1 m2) 2.62 3.89 5.20 6.53 7.78