高考物理一轮复习第五单元机械能实验六验证机械能守恒定律学案新人教版.doc

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实验六验证机械能守恒定律

[实验目的]

1．掌握验证机械能守恒定律的方法．

2．会用计算法或图象法处理实验数据．

[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,但总的机械能保持不变．某物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h,则重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为eq\f(1,2)mv2,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：如图所示,由公式可得第n个点的速度vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T).

[实验器材]

铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)．

[实验过程]

1．安装置：按图示将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：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．先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落,更换纸带重复做3～5次实验．

3．选纸带：在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带,在起点标上0,以后各点依次标上1、2、3、4…用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3、h4…

[验证方法]

方法一：利用起始点和第n点计算．

代入mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n),如果在实验误差允许的条件下mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)相等,则验证了机械能守恒定律．

方法二：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(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)的值．

(3)在实验误差允许的条件下,若mghAB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)成立,则验证了机械能守恒定律．

方法三：采用图象法．

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,根据实验数据绘出eq\f(1,2)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．

[误差分析]

误差

产生原因

减小方法

偶然

误差

测量长度带来的误差

(1)测量距离时就应从计数0点量起,且选取的计数点离0点远些

(2)多次测量取平均值

系统

误差

重物和纸带下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力

(1)打点计时器安装稳固,并使两限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力

(2)选用质量大、体积小的物体作重物,以减小空气阻力的影响

命题点1教材原型实验

如图所示,打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验证机械能守恒定律．

(1)对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是_______(填选项前的字母)．

A．重物选用质量和密度较大的金属锤

B．两限位孔在同一竖直面内上下对正

C．精确测量出重物的质量

D．用手托稳重物,接通电源后,撤手释放重物

(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上,按正确操作得到了一条完整的纸带,由于纸带较长,图中有部分未画出,如图所示．纸带上各点是打点计时器打出的计时点,其中O点为纸带上打出的第一个点．重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出,利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________(填选项前的字母)．

A．OA、AD和EG的长度

B．OC、BC和CD的长度

C．BD、CF和EG的长度

D．AC、BD和EG的长度

【解析】(1)利用此装置验证机械能守恒定律,根据实验原理可判断出A、B能减小下落过程中空气阻力和摩擦力,能有效减小实验误差,A、B正确；机械能守恒定律表达式中,重物的质量可以约去,精确测量质量不能减小误差,C错误；用手托住重物,撤手后最初一段时间,重物所做运动并不一定是自由落体运动,该操作增大误差,D错误．

(2)利用测量值能完成验证机械能守恒定律的依据就是重力做功和动能的变化量之间的关系,所以我们必须要确定好初、末位置的速度以及初、末位置的高度差,从四组数据可以看出,B、C两组数据满足此要求,所以B、C正确．

【答案】(1)AB(2)BC

高分技法

?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小摩擦阻力.

?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60cm左右为宜,应选用点迹清晰的纸