（新课改省份专用）2020版高考物理一轮复习 第五章 第5节 实验：验证机械能守恒定律学案（含解析）

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1、第5节　实验：验证机械能守恒定律一、实验目的1．掌握验证机械能守恒定律的方法。2．会用计算法或图像法处理实验数据。二、实验原理通过实验求出重物做自由落体运动时重力势能的减少量、相应过程动能的增加量，若二者相等，即可验证机械能守恒定律。实验装置如图所示。三、实验器材铁架台(带铁夹)，打点计时器，重物(带纸带夹子)，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻度尺。除了上述器材外，还必须有学生电源(交流4～6V)。四、实验步骤1．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。2．把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端

2、穿过打点计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。3．接通电源，松开纸带，让重物自由下落。4．重复几次，得到3～5条打好点的纸带。5．在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm，且点迹清晰的一条纸带，在起始点标上0，以后各点依次标1、2、3、…，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3、…。五、数据处理1．求瞬时速度由公式vn＝可以计算出重物下落h1、h2、h3、…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3、…。2．验证守恒方法一：利用起始点和第n点计算，代入ghn和vn2，如果在实验误差允许的范围内

3、，ghn＝vn2，则验证了机械能守恒定律。方法二：任取两点A、B测出hAB，算出ghAB和的值，如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝vB2－vA2，则验证了机械能守恒定律。方法三：图像法，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v2h图线。若在误差允许的范围内图像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。六、误差分析1．测量长度时会存在偶然误差，所以测长度时要多测几次，取平均值即可减小此误差。2．由于本实验中有纸带与限位

4、孔间的摩擦力(主要因素)和空气阻力(次要因素)的影响，这是系统误差，它使增加的动能少于减小的重力势能，要减小影响，采用增加重物质量的办法，因为当重物的重力远大于阻力时，可忽略阻力的影响。3．为了减小相对误差，选取的计数点最好离第一个点远一些。4．若第一、第二两点间的距离小于2mm，则这两点间的时间间隔不到0.02s或阻力过大。七、注意事项1．打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2．实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源、让打点计时器工作正常后才松开纸带让重物下落，以保证第一个点是一个清晰

5、的小点。3．选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2mm的纸带。4．测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在60～80cm之间。5．因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。[基础考法]考法(一)　实验原理与操作1．在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50Hz，依次打出的点为0,1,2,3,4，…，n。则：(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为__________

6、____________、______________________、______________________，必须计算出的物理量为______________________、______________________，验证的表达式为______________________。(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤前面的字母)。A．将打点计时器竖直安装在铁架台上B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验D．将重物固定在纸带的一端，让纸

7、带穿过打点计时器，用手提着纸带E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1，h2，h3，…，hn，计算出对应的瞬时速度v1，v2，v3，…，vnF．分别算出mvn2和mghn，在实验误差范围内看是否相等解析：(1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h26，要计算第2点和第6点的速度v2和v6，必须测出第1点到第3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57，机械能守恒的表达式为mgh26＝mv62－mv22。(2)实验操作顺序为ADBCEF。答案：(1)第

8、2点到第6点之间的距离h26第1点到第3点之间的距离h13第5点到第7点之间的距离h57第2点的瞬时速度v2　第6点的瞬时速度v6mgh26＝mv62－mv22(2)ADBCEF2.用如图所示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，输出电压有6V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