2019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案

【2019最新】精选高考物理必考实验精细精讲 实验六 验证机

械能守恒定律学案

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，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。

2．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xn和xn＋1，由公式vn＝或vn＝算出，如图实Ⅵ－1所示。

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】

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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)用mv＝mghn验证时，应选点迹清晰，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，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。

(2)用mv－mv＝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，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm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

方法一：利用起始点和第n点计算，代入ghn和v，如果在实验误差允许的条件下，ghn和v相等，则验证了机械能守恒定律。 方法二：任取两点计算

(1)任取两点A、B，测出hAB，算出ghAB。 (2)算出v－v的值。

(3)在实验误差允许的条件下，若ghAB＝v－v，则验证了机械能守恒定律。

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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。改进的办法是调整器材的安装，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些，纸带也不易过长，有效长度可在60～80 cm之间。 5．不需测出物体质量，只需验证v＝ghn即可。 【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

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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] 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，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h1、h2、h3…hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3…vn

F．分别算出mv和mghn，在实验误差范围内看是否相等

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[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h26，要计算第2点和第6点的速度v2和v6，必须测出第1点到第3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57，机械能守恒的表达式为mgh26＝mv－mv2 (2)实验操作顺序为ADBCEF。 [答案]

(1)第2点到第6点之间的距离h26

第1点到第3点之间的距离h13 第5点到第7点之间的距离h57

第2点的瞬时速度v2 第6点的瞬时速度v6

mgh26＝mv－mv2

(2)ADBCEF

[点评] 计算速度时应根据“匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度”进行求解，而不能用v＝gt进行求解。 针对训练：

“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图实Ⅵ－5所示的甲或乙方案来进行。

(1)比较这两种方案，________(填“甲”或“乙”)方案好些。

(2)该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带。请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方： ①______________________________________；

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