实验06　验证机械能守恒定律-备战2021届高考物理实验专训

实验六　验证机械能守恒定律 【实验要求】 一、实验目的 验证机械能守恒定律． 二、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相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律． 三、实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根． 四、实验步骤 1．安装置：按实验原理图将检查、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：(1)用mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离接近2 mm的纸带． (2)用mv－mv＝mgΔh验证时，只要A、B之间的点迹清晰即可选用． 五、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 【方法规律】 一、验证方案 方案一：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范围内，ghn＝v，则验证了机械能守恒定律． 方案二：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．如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝v－v，则验证了机械能守恒定律． 方案三：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，绘出v2－h图线，若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． 二、误差分析 1．测量误差：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：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk＝mv必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力． 三、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，以减少摩擦阻力． 2．重物应选用质量大、体积小、密度大的材料． 3．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． 【考点剖析】 考点一　对实验原理和误差分析的考查　　　　 例1、某同学安装如图甲的实验装置验证机械能守恒定律． (1)此实验中，应当是让重物做________运动，________(填“需要”或“不需要”)测出重物的质量． (2)打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，该同学选取如图乙所示的一段纸带，对BD段进行研究．求得B点对应的速度vB＝________m/s(保留两位有效数字)，若再求得D点对应的速度为vD，测出重物下落的高度为hBD，则还应计算________与________大小是否相等(填字母表达式)． (3)但该同学在上述实验过程中存在明显的问题．安装实验装置时存在的问题是______________ _______________________________________________________；研究纸带时存在的问题是________ ____________________________________________________________，实验误差可能较大． 【解析】　(1)由实验原理知，应让重物在松开手后做自由落体运动；根据机械能守恒，mgΔh＝m(v－v)，整理后，得gΔh＝(v－v)，所以，不需要测量质量． (2)B点速度等于 AC段的平均速度，vB＝＝0.19 m/s；根据实验原理知，还应计算(v－v)与ghBD，看两者大小是否相等． (3)重物距离桌面太近，会落到桌面上；B、D间时间间隔太短，实验误差较大． 【答案】　(1)自由落体　不需要　(2)0.19　(v－v)　ghBD　(3)重物会落在桌面上(或“纸带打点过短”等与此类似的答案)　B、D两点间时间间隔过短 考点二　对实验数据处理的考查 　 例2、用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示．已知m1＝50 g、m2＝150 g，则：(结果均保留两位有效数字) 甲 乙 (1)在纸带上打下计数点5时的速度v＝________m/s； (2)在打下第“0”到打下第“5”点的过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统势能的减少量ΔEp＝________J；(取当地的重力加速度g＝10 m/s2) (3)若某同学作