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时间:2020-08-28
《高考物理必考实验精细精讲实验六验证机械能守恒定律学.pdf》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、实验六验证机械能守恒定律目录课前预习·基础落实课堂互动·考点突破课前预习·基础落实【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1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mv2,2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。x+x2.计算打第n个点速度的方法:测出第n个点与相邻前后点间的距离x和x,由公式v=nn+1nn+1n2Th-h或v=n+1n-1算出,如图实Ⅵ-1
2、所示。n2T图实Ⅵ-1【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】一、实验步骤1.安装置:按图实Ⅵ-2所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。2.打纸带: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次~5次实验。3.选纸带:分两种情况说明1(1)用mv2=mgh验证时,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或
3、接近2mm的纸带。若1、22nn两点间的距离大于2mm,这是由于先释放纸带、后接通电源造成的。这样,第1个点就不是运动的起始点了,这样的纸带不能选。11(2)用mv2-mv2=mgΔh验证时,由于重力势能的相对性,处理纸带时,选择适当的点为基准点,2B2A这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了,所以只要后面的点迹清晰就可选用。二、数据处理11方法一:利用起始点和第n点计算,代入gh和v2,如果在实验误差允许的条件下,gh和v2相n2nn2n等,则验证了机械能守恒定律。方法二:任取两点计算(1)任取两
4、点A、B,测出h,算出gh。ABAB11(2)算出v2-v2的值。2B2A11(3)在实验误差允许的条件下,若gh=v2-v2,则验证了机械能守恒定律。AB2B2A方法三: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11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v2-h图线。若在误差允许22的范围内图象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。【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ΔE稍小
5、于重力势能的减少量ΔE,即ΔE<ΔE,这属于系统误差。改进的办法是kpkp调整器材的安装,尽可能地减小阻力。2.本实验的另一个误差来源于长度的测量,属偶然误差。减小误差的方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,或者多次测量取平均值。【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平面内,以减少摩擦阻力。2.重物应选用质量大、体积小的物体。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.测量下落高度时,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
6、些,纸带也不易过长,有效长度可在60~80cm之间。15.不需测出物体质量,只需验证v2=gh即可。2nn【实验改进】1.物体的速度可以用光电计时器测量,以减小由于测量和计算带来的误差。2.整个实验装置可以放在真空的环境中操作,如用牛顿管和频闪照相进行验证,以消除由于空气阻力作用而带来的误差。3.可以利用气垫导轨来设计该实验,以减小由于摩擦带来的误差。4.为防止重物被释放时的初速度不为零,可将装置改成如图实Ⅵ-3所示形式,剪断纸带最上端,让重物从静止开始下落。课堂互动·考点突破考点一实验原理与操作[例1]在利用自由落体运
7、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________________,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,让纸带穿过打点
8、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h、h、h…h,计算出对应的瞬时速度v、v、123n12v…v3n1F.分别算出mv2和mgh,在实验误差范围内看是否相等2nn[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h,要计算第2点和第6
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