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1、实验验证机械能守恒定律【实验目的】验证机械能守恒定律【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。重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为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。【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2.打纸带:先接通电源,后松开纸带【数据处理】1.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=中间时刻瞬
2、时速度=平均速度2.验证守恒:方法一:利用起始点和第n点计算mghn=方法二:任取两点计算mghAB=方法三:采用图象法图象法:通过图象验证机械能是否守恒,要根据机械能守恒定律写出图象对应的函数表达式,弄清图象斜率的物理意义.一、例题分析(2016·北京高考)利用图甲装置做“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.动能变化量和势能变化量B.速度变化量和势能变化量C.速度变化量和高度变化量【考查：实验原理】A(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、
3、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)【考查：实验器材】AB(3)实验中，先____________，再____________。（选填：释放重物/接通电源）【考查：实验步骤】得到图乙所示的一条纸带，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。释放重物接通电源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=_______
4、_____,动能变化量ΔEk=____________。【考查：数据处理】若为“减小量”？-mghB(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【考查：误差分析】C(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
5、落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。【考查：图像分析】【解析】(1)由机械能守恒定律可知,需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量和势能变化量大小是否相等,A正确。(2)电磁打点计时器使用的是交流电源,选A。因为在计算重力势能变化量时,需要测量纸带上两点之间的距离,所以还需要刻度尺,选B。根据mgh=mv2-0,可知不需要使用天平。(3)重力势能改变量为ΔEp=-mghB,由于下落过程是匀加速直线运动,所以根据中间时刻的速度等于这段时间内的平均速度可得B点的速度为vB=,所以动能变化量ΔEk
6、=(4)实验过程中存在空气阻力,纸带运动过程中存在摩擦阻力,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Ff恒定,根据mgh-Ffh=mv2-0⇒v2=2(g-)h可知,v2-h图象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近似等于2g。答案:(1)A(2)A、B(3)-mghB(4)C(5)该同学的判断依据不正确,理由见解析【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______阻力。2.重物应选用质量和密度较大、体
7、积较小的物体以减小______阻力的影响。3.本实验不必称出重物质量。摩擦空气【反思归纳】数据处理的“两点”注意(1)计算法:通过计算比较重力势能的减少量与动能的增加量是否相等验证机械能守恒定律时,注意重力加速度的取值和有效数字的保留。速度不能用vn=gtn计算,因为只要认为加速度为g,机械能当然守恒,即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律。(2)图象法:通过图象验证机械能是否守恒,要根据机械能守恒定律写出图象对应的函数表达式,弄清图象斜率的物理意义,如v2-h图象、v2-h图象、v2-2h图象,根据图象计算出重
8、力加速度,计算结果与当地重力加速度比较,根据二者是否在误差允许的范围内近似相等,判断机械能是否守恒。二、小组合作：实验创新（8分钟）(2016·江苏高考改编)某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放
