高考物理一轮课件34-第6讲实验验证机械能守恒定律

第6讲实验：验证机械能守恒定律知识梳理

实验装置

实验步骤1.安装仪器;2.将纸带固定在重物上,让纸带穿过打点计时器限位孔;3.用手提着纸带,让重物靠近打点计时器并处于①静止状态

,然后②

接通电源

,松开纸带,让重物自由落下,纸带上打下一系列小点;4.从几条打下点的纸带中挑选出点迹清楚的纸带进行测量,ΔEk=

m

,ΔEp=mgdn,vn=③

;5.计算对比ΔEp与ΔEk的大小。在误差允许的范围内,自由落体过程机械能守恒。1.如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为:带铁

夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下

列问题:(1)(双选)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有

AD

。(填

入正确选项前的字母)A.米尺B.停表C.0~12V的直流电源D.0~12V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有纸带与打点计时器之间有摩擦;用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差;计算势能变化时,选取的始、末两点距离过近;交流电频率不稳定等

。(写出两个原因)答案(1)AD(2)纸带与打点计时器之间有摩擦;用米尺测量纸带上点

的位置时读数有误差;计算势能变化时,选取的始、末两点距离过近;交

流电频率不稳定等。解析(1)用米尺测量纸带上各点间的距离,A正确;本实验中用打点计

时器作为计时工具所以不需要停表,B错误;打点计时器使用的电源为交

流电源,所以C错误,D正确。(2)此实验主要误差来源有两方面:①摩擦

阻力;②测量误差。2.利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体

由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h,某班同学利用

实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案。

A.用刻度尺测出物体下落高度h,并测出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时

速度vB.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=

计算出瞬时速度C.根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻

两点间的平均速度,测算出瞬时速度,并通过h=

计算出高度hD.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某

点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v以上方案中只有一种最合理,最合理的是

D

。(填入上述相应的

字母)答案

D解析在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做

g,只能把它当做未知的定值,所以正确方案只有D项。深化拓展考点实验的注意事项与数据处理深化拓展考点实验的注意事项与数据处理1.注意事项(1)打点计时器要竖直: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小摩擦阻力。(2)重物密度要大:应选用质量大、体积小、密度大的重物。(3)一先一后: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)测长度,算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用vn=

,不能用vn=

或vn=gt来计算。2.数据处理的方法方法一:用

mv2=mgh验证时,利用起始点和第n点计算。如果在实验误差允许的条件下,mghn和

m

相等,则验证了机械能守恒定律。方法二:用

m

-

m

=mgΔh验证时,任取两点计算(1)任取两点A、B测出hAB,算出mghAB。(2)算出

m

-

m

的值。(3)在实验误差允许的条件下,若mghAB=

m

-

m

成立,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,测量每一点到初始点的高度h,并计算各点速度的平方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,若在误差允许的范围内图线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。

1-1某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中,提出了如图所

示的甲、乙两种方案:甲方案用自由落体运动进行实验,乙方案用小车

在斜面上下滑进行实验。(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析,最终确定了一个大家

认为误差相对较小的方案,你认为该小组选择的方案是甲

,理由

是

采用图乙实验时,由于小车与斜面间存在摩擦力的作用,且不能忽略,故图乙的误差较大

。

丁(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图丙所示,相邻两点之

间的时间间隔为0.02s,请根据纸带计算出打B点时纸带的速度大小为

1.37

m/s(结果保留三位有效数字)。(3)该小组同学根据纸带算出了相应点的速度,作出v2-h图线如图丁所示,

请根据图线计算出当地的重力加速度g=

9.80

m/s2(结果保留三位有效数字)。答案(1)甲采用图乙实验时,由于小车与斜面间存在摩擦力的作用,

且不能忽略,故图乙的误差较大(2)1.37(3)9.80~9.90均可解析

(2)vB=

m/s=1.37m/s。(3)如果在实验误差允许的条件下,mghn和

m

相等,则验证了机械能守恒定律。则有v2=2gh,所以g=

k,k为图线的斜率,可求得g。1-2

(2017北京东城期末,14)某同学用如图1所示的实验装置验证机械

能守恒定律。

图1(1)他进行了如下操作,其中没有必要进行的步骤是

C

,操作不当的

步骤是

B

。A.按照图示的装置安装器材B.将打点计时器接到学生电源的“直流输出”上C.用天平测出重锤的质量D.先接通电源,后释放纸带(2)安装好实验装置,正确进行实验操作。从打出的纸带中选出符合要

求的纸带,如图2所示。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。设重锤质量为m,当地重力加

速度为g,打点计时器打点周期为T。为了验证此实验过程中机械能是

否守恒,需要计算出从打点O到打点B的过程中,重锤重力势能的减少量

ΔEpmghB

,动能的增加量ΔEk

m(

)2

(用题中所给字母表示)。

图2(3)实验结果显示,重锤重力势能的减少量大于动能的增加量,关于这个

误差下列说法正确的是

C

。A.该误差属于偶然误差,主要由于存在空气阻力和摩擦阻力引起的B.该误差属于偶然误差,主要由于没有采用多次实验取平均值的方法造

成的C.该误差属于系统误差,主要由于存在空气阻力和摩擦阻力引起的D.该误差属于系统误差,主要由于没有采用多次实验取平均值的方法造成的答案(1)CB(2)mghB

m(

)2(3)C解析(1)由机械能守恒守恒定律有mgh=

mv2,可知质量m可以约去,所以不需要用天平测量重锤质量,没有必要进行的步骤是C;打点计时器使

用