2020版物理新增分大一轮江苏专用版讲义：第五章 机械能 实验五 含解析.docxVIP

实验五　验证机械能守恒定律 1．实验目的 验证机械能守恒定律． 2．实验原理(如图1所示) 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． 图1 3．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． 4．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 ①若选第1点0到下落到某一点的过程，即用mgh＝eq \f(1,2)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． ②用eq \f(1,2)mveq \o\al(B2,)－eq \f(1,2)mveq \o\al(A2,)＝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即可． 5．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． 6．误差分析 (1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值． (2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk＝eq \f(1,2)mveq \o\al(,n2)必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力． 7．注意事项 (1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其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，后松开纸带让重物下落． (4)测长度，算速度：计算某时刻的瞬时速度用vn＝eq \f(hn＋1－hn－1,2T)，不能用vn＝eq \r(2ghn)或vn＝gt来计算． 8．验证方案 方案一：利用起始点和第n点计算 代入mghn和eq \f(1,2)mveq \o\al(,n2)，如果在实验误差允许的范围内，mghn和eq \f(1,2)mveq \o\al(2,n)相等，则验证了机械能守恒定律． 方案二：任取两点计算 (1)任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB. (2)算出eq \f(1,2)mveq \o\al(B2,)－eq \f(1,2)mveq \o\al(A2,)的值． (3)在实验误差允许的范围内，若mghAB＝eq \f(1,2)mveq \o\al(B2,)－eq \f(1,2)mveq \o\al(A2,)，则验证了机械能守恒定律． 方案三：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eq \f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出eq \f(1,2)v2－h图象．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． 命题点一　教材原型实验 例1　(2018·扬州中学5月模拟)用落体法验证机械能守恒定律，器材安装如图2. 图2 (1)请指出图中的错误及不妥之处(至少写出两处) ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________. (2)改进实验中错误及不妥之处后，打出如图3所示一条纸带．已知打点计时器所接电源频率为50 Hz，根据纸带所给数据，打C点时重物的速度为________ m/s.(结果保留三位有效数字) 图3 (3)某同学选用两个形状相同、质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据，画出eq \f(v2,2)－h的图象如图4所示，求出图线的斜率k，由图象可知a的质量m1______b的质量m2(选填“大于”或“小于”)． 图4 (4)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验过程中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量m2＝0.052 kg，当地重力加速度g＝9.78 m/s2，求出重物所受的平均阻力Ff＝________ N. 答案　(1)①使用的是直流电源　②重物离打点计时器太远　③没有从上方提着纸带，而是用手托着重物　 (2)2.25　(3)大于　(4)0.031 2 变式1　(2018·泰州中学月考)在用打点计时器“验证机械能守恒定律”的实验中，使质量为m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列