2018年高考物理一轮复习 实验六 验证机械能守恒定律教学案.doc

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1、实验六验证机械能守恒定律1.掌握验证机械能守恒定律的方法.2.会用图象法处理实验数据以达到验证目的．【实验目的】1.验证机械能守恒定律．【实验原理】1．在只有重力做功的条件下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒。2．物体做自由落体运动，设物体的质量为m，下落h高度时的速度为v，则势能的减少量为，动能的增加量为。如果即，就验证了机械能守恒定律。3．速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度。计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T

2、内下落的距离和，由公式或算出，如图所示。【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)．【实验步骤】1．将实验装置按要求装好（如图），将纸带固定在重物上，让纸带穿过电火花计时器。2．先用手提起纸带，使重物静止在靠近计时器的地方。3．接通电源，松开纸带，让重物自由下落，这样计数器就在纸带上打下一系列点。4．重复以上步骤，多做几次。5．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。6．在挑选的纸带上，记下第一点的位置O

3、，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7．利用公式分别求出物体在打下点2、3、4、…时瞬时速度8．把得到的数据填入表格，算出重物运动到点2、3、4、…减少的重力势能再算出物体运动到点2、3、4、…增加的动能，根据机械能守恒定律比较与，与，与…，结果是否一致。【数据处理】1．纸带的选取：选用纸带时应尽量挑选第1点点迹清晰且1、2两点之间距离接近2mm的纸带，这样一条纸带记录的运动才接近自由落体运动。2．

4、纸带的处理：在第1点上标出O，并从稍靠后的某一点开始，依次标出1、2、3、4…并量出各点到位置O点的距离再利用公式计算出各点对应的瞬时速度计算各点对应的重力势能的减少量和动能的增加量，并进行比较看是否相等。也可以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出图象，若图象是过原点的直线，则可验证机械能守恒定律，其斜率等于g。数据处理的另一思路：选取点迹清晰的一条纸带，如图，选取B、M两个位置作为过程的开始和终结位置，量出BM之间距离，求出B点速度，M点速度，比较重力势能的减少与动能的增加是否相等，从而验证机械能

5、是否守恒。【误差分析】1．实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，故动能的增加量必定稍小于势能的减少量，这是属于系统误差，减少空气阻力影响产生的方法是：使纸带下挂的重物重力大些，且体积要小。2．打点计时器产生的误差：（1）由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差；（2）计数点选择不好；振动片振动不均匀；纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差；（3）打点时的阻力对纸带的运动性质有影响，这也属于系统误差。3．由于测长度带来的误差属偶然误差，减少办法是测距离时都应

6、从O点量起，二是多测几次取平均值。【注意事项】1．安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2．实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带。3．为了增加实验的可靠性，可重复实验，还可以在一次下落中测量多个位置的速度，比较重物在这些位置上的动能与势能之和。4．因通过比较与是否相等来验证机械能守恒，故不需测重物质量。【误差分析】1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重

7、力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力．2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完．或者采用多次测量取平均值来减小误差．高频考点一　实验原理及数据处理【例1】[2016·北京理综·21(2)]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．动能变化量与势能变化量B．速度变化量和势

8、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、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，得到如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。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Δ