高考物理一轮复习第5章机械能实验6验证机械能守恒定律学案

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1、实验6　验证机械能守恒定律[考纲解读]　(1)会根据纸带测定下落的距离，掌握测量瞬时速度的方法。(2)能根据实验数据得出实验结论。(3)能对实验误差的产生原因作定性分析。误差分析1.减小测量误差：一是测下落距离时都从0点量起，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.误差来源：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，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。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

2、物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。3.一先一后：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。84.测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝，不能用vn＝或vn＝gt来计算。热点一　教材原型实验【例1】　用如图1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，输出电压为6V的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对图中纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律。图1(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A.按照图示的装置安装器件B.将打点计时器接到电源的“直流输出

3、”上C.用天平测出重锤的质量D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带E.测量纸带上某些点间的距离F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能其中没有必要进行的步骤是________，操作不当的步骤是________。(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图2所示，使用电源的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a＝________。(用x1、x2、x3、x4及f表示)。图2解析　(1)步骤C不必要。重锤的质量不需要测量，因为等式mgh

4、＝mv2两边把质量约掉了；打点计时器使用的是低压交流电源，所以步骤B是错误的。(2)为了减小实验误差，可以采用逐差法求加速度，x4－x2＝2aT2，x3－x1＝2aT28，所以由以上两式得a＝。答案　(1)C　B　(2)热点二　实验拓展创新【例2】　利用图3装置做“验证机械能守恒定律”实验。图3(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.速度变化量与势能变化量C.速度变化量与高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、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

5、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4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＝________。图4(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＝gt计算重物速度B.利用公式v＝计算重物

6、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8(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v2－h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的。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项正确。(2)电磁打点计时器使用的是交流电源，故要选A，需要测纸带上两点间的距离，还需要刻度尺，选B，根

7、据mgh＝mv2－0可将等式两边的质量抵消，不需要天平，不需用C。(3)重物的重力势能变化量为ΔEp＝－mghB，动能的变化量ΔEk＝mv＝m()2(4)重物重力势能的减少量略大于动能的增加量，是因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力的影响，C正确。(5)该同学的判断依据不正确，在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据mgh－fh＝mv2－0，则v2＝2(g－)h可知，v2－h图象就是过原点的一条直线。要想通过v2－h图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g。答案　(1)A　(2)AB　(3)－mghB　m()2　(4)C　(5)不

8、正确，理由见解析1.利用图示5装置进行“验证机械能守恒定律”的实验时，需要测量物