专题14 实验：验证机械能守恒定律（1）自由落体和沿斜面下滑-2021年高考物理机械能守恒微专题突破

«机械能守恒定律»考点微专题14 实验：验证机械能守恒定律（1）自由落体和沿斜面下滑 一、知能掌握 1．实验目的：验证机械能守恒定律． 2．实验原理：通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律(如图1所示)． 图1 3．实验器材：打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线． 4．实验步骤 (1)装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相连． (2)打纸带：用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5条)纸带． (3)选纸带：分两种情况说明 ①若选第1点O到下落到某一点的过程，即用mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离接近2 mm的纸带(电源频率为50 Hz)． 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即可． 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）验证方法： 方法一：计算法。 ①利用起始点和第n点计算：代入mghn和mv，如果在实验误差允许的范围内，mghn和mv相等，则验证了机械能守恒定律． ②任取两点计算：任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB；算出mv－mv的值；在实验误差允许的范围内，若mghAB＝mv－mv，则验证了机械能守恒定律． 方法二：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，根据实验数据作出v2－h图象．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． 6．实验结论：在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒． 7．误差分析 (1)偶然误差：本实验的一个误差来源于长度的测量误差，属于偶然误差．减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值． (2)系统误差：本实验的另一个误差来源于重物和纸带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