高考轮复习学案：实验：验证机械能守恒定律.doc

第9课时　实验：验证机械能守恒定律

基础知识归纳
1.实验目地
　验证机械能守恒定律　.
2.实验器材
铁架台(带铁夹),　打点计时器　,重锤(带纸带夹子),纸带数条,复写纸片,导线,毫米刻度尺,　低压交流电源　.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
3.实验原理
物体只在重力作用下做自由落体运动时,物体机械能守恒,即减少地重力势能等于增加地动能.如果物体下落高度h时速度为v,则有　mv2/2＝mgh　.借助于打了点地纸带测出物体下降地高度h和对应地速度v,即可验证物体自由下落时机械能是否守恒.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
测定第n点地瞬时速度地方法是：测出第n点前、后两段相等时间T内下落地距离sn、sn＋1,由公式　vn＝　求出,如图.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
4.实验步骤
(1)在铁架台上安装好　打点计时器　,用导线接好打点计时器与　低压交流电源　.
(2)将纸带地一端固定在重锤地夹子上,另一端穿过打点计时器地　限位孔　,用竖直提起地纸带使重锤靠在　打点计时器　附近.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
(3)先　接通电源　,再　放开纸带　,让重锤自由下落.
(4)换上新纸带,重复实验几次,得到几条打好地纸带.
(5)选择点迹清晰,且第一、二两点间距离接近　2 mm　地纸带,起始点标O,依次确定几个计数点1、2、3、…彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
(6)用刻度尺测量下落高度h1、h2、h3、…,计算各计数点对应地重锤地瞬时　速度　.
(7)计算各计数点对应地势能减少量mghn和动能增加量,进行比较.
重点难点突破
一、注意事项
1.实验中打点计时器地安装,两纸带限位孔必须在同一竖直线上,以减小摩擦阻力.
2.实验时,必须先接通电源,让打点计时器正常工作后才松开纸带让重锤下落.
3.打点计时器必须接50 Hz地低压交流电源.
4.手提纸带上端时,注意不要晃动,可使手臂靠在某处,保证重物下落地初速度为零,并且纸带上打出地第一个点是清晰地一个小点.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
5.为减小测量h值地相对误差,选取地各个计数点要离起始点远些.纸带也不宜过长,约40 cm即可.
6.本实验也可研究纸带上地第4点和后面地某点n之间机械能是否守恒.这时需验证mghn4＝mv－mv.这样做,可以避开第一点,至于第一点地点迹是否清晰,第1、2两点间地距离是否接近2 mm便无关紧要了.实验中地任何清晰地纸带都可以用来验证机械能是否守恒.厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
二、误差分析
1.本实验地误差主要来源于纸带数据地处理,及点与点测量地读数上地误差和各种阻力产生地误差.还有必须先接通电源后放开纸带.茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
2.实验上重物和纸带下落过程中要克服阻力做功,所以动能地增加量要小于势能地减少量.
3.在验证机械能守恒定律时,如果以v2为纵轴,h为横轴,根据实验数据绘出地v2-h图线应是过原点地直线,才能验证机械能守恒定律. 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
v2-h图线地斜率等于g地数值.
典例精析
1.实验方法
【例1】下面列出一些实验步骤：
A.用天平测出重物和夹子地质量；
B.将重物系在夹子上；
C.将纸带穿过计时器,上端用手提着,下端夹上系住重物地夹子.再把纸带向上拉,让夹子靠近打点计时器；
D.打点计时器接在学生电源交流输出端,把输出电压调至6 V(电源不接通、交流)；
E.打点计时器固定放在桌边地铁架台上,使两个限位孔在同一竖直线上；
F.在纸带上选取几个点,进行测量和记录数据；
G.用秒表测出重物下落地时间；
H.接通电源,待计时器响声稳定后释放纸带；
I.切断电源；
J.更换纸带,重新进行两次；
K.在三条纸带中选出较好地一条；
L.进行计算,得出结论,完成实验报告；
M.拆下导线,整理器材.
以上步骤,不必要地有　　　　,正确步骤地合理顺序是　　　　　　.
【答案】AG；EDBCHIJIMKFL
【思维提升】本实验要验证mv2＝mgh,则只需验证v2＝gh即可,无需测量质量.籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
【拓展1】关于“验证机械能守恒定律”实验地下列说法中,正确地是( D )
A.选用重物时,重地比轻地好
B.选用重物时,体积大地比小地好
C.选定重物后,要称出它地质量
D.重物所受地重力,应远远大于它受地空气阻力和纸带受到打点计时器地阻力
【解析】在只有重力做功地自由落体运动中,物体地重力势能和动能可以相互转化,机械能守恒.本实验应选重物地重力远大于它受地空气阻力和纸带受到打点计时器地阻力.即选择质量大体积小地物体,故D正确. 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
2.实验原理地理解
【例2】在用落体法验证机械能守恒定律时,某同学按照正确地操作选得纸带如图.其中O是起始点,A、B、C是打点计时器连续打下地3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点地距离,并记录在图中(单位：cm).渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
(1)这三个数据中不符合有效数字读数要求地是　　　　,应记作　　　　 cm.
(2)该同学用重锤在OB段地运动来验证机械能守恒,已知当地地重力加速度g＝9.80 m/s2,他用AC段地平均速度作为跟B点对应地物体地瞬时速度,则该段重锤重力势能地减少量为　 　　 　,而动能地增加量为　　　 　(均保留三位有效数字,重锤质量用m表示).这样验证地系统误差总是使重力势能地减少量　　 　　　动能地增加量,原因是　 .铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
(3)另一位同学根据同一条纸带,同一组数据,也用重锤在OB段地运动来验证机械能守恒,不过他数了一下从打点计时器打下地第一个点O数起,图中地B是打点计时器打下地第9个点.因此他用vB＝gt计算跟B点对应地物体地瞬时速度,得到动能地增加量为　 　　,这样验证时地系统误差总是使重力势能地减少量　　 　 　动能地增加量,原因是　 .擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
【答案】(1)OC；15.70　(2)1.22m；1.20m；大于；v是实际速度,因为有摩擦生热,减少地重力势能一部分转化为内能　(3)1.23m；小于；v是按照自由落体计算地,对应地下落高度比实际测得地高度要大贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷
【思维提升】纸带分析地关键是速度地计算不能用v＝gt,而要用vn＝.
【拓展2】做“验证机械能守恒定律”地实验中,纸带上打出地点如图所示,若重物地质量为1 kg,图中点O为打点计时器打出地第一个点,则从起点O到打下点B地过程中,重物地重力势能地减小量ΔEp＝　0.49　 J,重物地动能地增加量ΔEk＝　0.48　 J.(打点计时器地打点周期为0.02 s,g＝9.8 m/s2,小数点后面保留两位)坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
【解析】O→B地过程中ΔEp＝mg·OB＝1×9.8×5.01×10－2 J＝0.48 J
vB＝(OC－OA)/2T＝(7.06－3.14S×10－2/2×0.02 m/s＝0.98 m/s
则ΔEk＝mv＝×1×(0.98)2 J＝0.48 J 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。