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

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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