2022年高考物理一轮复习第五章机械能第6课时验证机械能守恒定律学案新人教版.doc

PAGE 1 - 第6课时　验证机械能守恒定律 一、实验目的 验证机械能守恒定律。 二、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。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eq \f(1,2)mv2，判断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。 2．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vt＝eq \x\to(v)2t。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内下落的距离xn和xn＋1，由公式vn＝eq \f(xn＋xn＋1,2T)或vn＝eq \f(hn＋1－hn－1,2T)算出，如图所示。 三、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)。 谨记部分器材用途 毫米刻度尺 测量重物下落的高度 重物 自由下落，重力势能转化为动能 四、实验步骤 1．仪器安装 将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电路。 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3～5次实验。 3．选纸带 分两种情况说明 (1)如果根据eq \f(1,2)mv2＝mgh验证时，应选点迹清晰，打点成一条直线，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2 mm，则可能是由于先释放纸带，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。 (2)如果根据eq \f(1,2)mvB2－eq \f(1,2)mvA2＝mgΔh验证时，由于重力势能的变化是绝对的，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否接近2 mm就无关紧要了，只要后面的点迹清晰就可选用。 五、数据处理 1．求瞬时速度 由公式vn＝eq \f(hn＋1－hn－1,2T)可以计算出重物下落h1、h2、h3、…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3、…。 2．验证守恒 方法一：利用起始点和第n点计算，代入ghn和eq \f(1,2)vn2，如果在实验误差允许的范围内，ghn＝eq \f(1,2)vn2，则验证了机械能守恒定律。 方法二：任取两点A、B测出hAB，算出ghAB和eq \b\lc\(\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(1,2)vB2－)) eq \b\lc\ \rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)vA2))的值，如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝eq \f(1,2)vB2－eq \f(1,2)vA2，则验证了机械能守恒定律。 方法三：图像法，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，并计算各点速度的平方v2，然后以eq \f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出eq \f(1,2)v2-h图线。若在误差允许的范围内图像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。 六、误差分析 1．系统误差 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稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。 2．偶然误差 本实验的另一误差来源于长度的测量，属于偶然误差。减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量，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。 七、注意事项 1．应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有： (1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。 (2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。 2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直，接通电源，待打点计时器工作稳定后再松开纸带。 3．验证机械能守恒定律时，可以不测出重物质量，只要比较eq \f(1,2)vn2和ghn是否相等即可验证机械能是否守恒。 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些，纸带也不宜过长，有效长度可在60～80 cm之间。 5．速度不能用vn＝gtn或vn＝eq \r(2ghn)计算，否则犯了用机械能守恒定律验证机械能是否守恒的错误。 考法一　实验原理与操作 1．(2017·天津高考)如图甲所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。 (1)对于