2019版高考物理总复习实验创新增分专题六验证机械能守恒定律学案

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1、实验六　验证机械能守恒定律一、实验目的　验证机械能守恒定律。二、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。若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mv2，看gh和v2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个点时瞬时速度的方法：如图所示，由公式可得第n个点的速度vn＝。三、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)。四、实验步骤1．安装器材：将调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。2．

2、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．从已打出的纸带中，选出第一、二点间的距离接近2mm并且点迹清晰的纸带进行测量。4．在挑选的纸带上，记下第一点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4、…并量出各点到位置O的距离，这些距离就是物体运动到点1、2、3、4、…时下落的高度h1、h2、h3、h4、…。五、数据处理1．求瞬时速度：由公式vn＝可以计算出重物下落hn的高度时对应的瞬时速度vn。2．验证守恒：方案一：利用起

3、始点和第n点计算。代入mghn和mv，如果在实验误差允许的条件下mghn和mv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mv－mv的值。③在实验误差允许的条件下，若mghAB＝mv－mv成立，则验证了机械能守恒定律。方案三：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线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．偶然误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点

4、量起，一次将各打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＝mv必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，选用质量大、体积小的物体为重物，尽可能地减小阻力。七、注意事项1．安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上以减小摩擦阻力。2．重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体以减小空气阻力的影响。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．纸带长度选用60cm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计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然

5、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，也只能用毫米刻度尺直接测量，而不能用hn＝或hn＝gt2计算得到。6．本实验不必称出重物质量。考点1　基础实验[例1]　(2016·北京高考)利用图1装置做“验证机械能守恒定律”实验。(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________。A．动能变化量与势能变化量B．速度变化量和势能变化量C．速度变化量和高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带

6、、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________。A．交流电源　　B．刻度尺　　C．天平(含砝码)(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图2所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝________，动能变化量ΔEk＝________。(4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________。A．利用公式v＝

7、gt计算重物速度B．利用公式v＝计算重物速度C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响D．没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确。解析　(1)重物下落过程中重力势能减少，动能增加，故该实验需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量在误差范围内是否相等，A正确。