2021版江苏高考物理一轮复习（课件+教师用书+课后限时集训）：第五章 机械能及其守恒定律 (14份打包)

实验七　验证机械能守恒定律 1．实验目的 验证机械能守恒定律。 2．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，则其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)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＝算出，如图所示。 或vn＝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＝ 3．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)。 4．实验步骤 (1)仪器安装 将检查、调整好的打点计时器按如图所示装置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3～5次实验。 (3)选纸带 分两种情况说明： ①如果根据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，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如果根据＝mgΔh验证时，由于重物重力势能的变化是绝对的，处理纸带上的数据时，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。 mv－mv 5．数据处理 (1)求瞬时速度 由公式vn＝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。将实验数据代入ghn和，则验证了机械能守恒定律。 v，如果在实验误差允许的范围内，ghn＝v 方法二：任取两点A、B测出hAB，算出ghAB和，则验证了机械能守恒定律。 v－v的值，如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝ 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v2­h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。 v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出 6．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，故重物动能的增加量ΔEk稍小于其重力势能的减少量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 本实验的另一个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点测量时，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。 7．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，增大其重力可使阻力的影响相对减小，增大其密度可以减小体积，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，接通电源后，打点计时器工作稳定后再松开纸带。 (3)验证机械能守恒时，可以不测出重物质量，只要比较和ghn大小是否相等即可验证机械能是否守恒。 v (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)速度不能用vn＝gtn或vn＝计算，否则犯了用机械能守恒定律验证机械能守恒定律的错误。 实验原理与操作 本实验是利用自由落体运动验证机械能守恒定律，测出物体下落的高度及初、末位置的速度是实验的关键，操作上注意三点： (1)重物要靠近打点计时器。 (2)纸带要保持竖直。 (3)先接通电源再放开纸带。 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．先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落 C．取下纸带，更换新