4.6 验证机械能守恒定律-2020-2021学年高一物理精讲精练（新粤教版必修第二册）

4.6 验证机械能守恒定律 考点精讲 考点1：实验原理及实验步骤 1. 安装置：按图将检查、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3～5次实验． 3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2 mm的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm的第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3… 4．测距离：用刻度尺测出O点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3… 【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．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． 【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－mv. 【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－mv　(2)ADBCEF 【技巧与方法】 处理实验问题，要明确实验原理，根据原理设计实验步骤，有针对性的分析问题. 【针对训练】 1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面列出一些实验步骤： A．用天平称出重物和夹子的重量 B．把重物系在夹子上 C．将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器静止 D．把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V(电源不接通) E．把打点计时器固定在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上 F．在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据 G．用秒表测出重物下落时间 H．接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带 I．切断电源 J．更换纸带，重新进行两次 K．在三条纸带中选出较好的一条 L．进行计算，得出结论，完成报告 M．拆下导线，整理器材 以上步骤中，不必要的有________，正确步骤的合理顺序是________(填写字母)． 【解析】　只为了验证机械能守恒，没必要称量重物的质量．打点计时器本身就是计时仪器，不再需要秒表． 【答案】　AG　EDBCHIJMKFL 考点2：数据处理与误差分析 一、数据处理 1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…n并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3…hn再根据公式vn＝，计算出1、2、3、4…n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4…vn. 2．机械能守恒验证 方法一：利用起始点和第n点． 从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为mv，计算ghn和v，如果在实验误差允许的范围内ghn＝v，则机械能守恒定律得到验证． 方法二：任取两点A、B. 从A点到B点，重力势能减少量为mghA－mghB，动能增加量为mv－mv，计算ghAB和v－v，如果在实验误差允许的范围内ghAB＝v－v，则机械能守恒定律得到验证． 方法三：图象法． 计算各计数点v2，以v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，根据实验数据绘出v2­h图线．若在误差许可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． 二、误差分析 1．在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差． 2．重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象． 3．由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差． 三、注意事项 1．应尽可能控制实验满足机械能守