8.5实验：验证机械能守恒定律-【堂堂清】2022-2023学年高一物理同步易混易错（人教版2019必修第二册）

。学利网 学神网原纠精品，让你的学司土豪起华！ JP.ZXXK.COM 学科网精品频道全力推荐 第八章 机械能守恒定律 第五节 实验：验证机械能守恒定律 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 通过实验，促进学生对能量观念的深入理解。 科学思维 ()研究过程中渗透“落体研究法”。 (2)体会用“理论推导加实验验证”这种研究问题的方法。 引导学生在实验中客观的对待所获取的数据，使学生养成实事求是的科学态 科学探究 度，会分析实验误差产生的原因，并能采取相应措施，以减小实验误差。 从机械能守恒定律的理论推导和实验验证中，感受成功的喜悦，激发学生科 科学态度与责任 学研究的兴趣。 一、实验目的 (1)验证机械能守恒定律。 (2)进一步熟悉打点计时器的使用。 二、实验原理 只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化。 (1)要验证的表达式：12mv22+mgh2=12mv21十mgh或12mv22一12mv21=gh-mgh2 (2)所需测量的物理量：物体所处两位置之间的高度差、物体的运动速度。 三、实验器材 铁架台（带铁夹）、打点计时器、重物（带夹子）、纸带、复写纸（或墨粉纸盘）、导线、刻度尺、交流 电源。 四、实验步骤 1.安装装置：按图甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。 打点计时器 纸带 接电源于夹子 2 6重物 甲 2.打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸 1 ©原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科问原外精只，让你的学习土录起率！ PxxK.coM学科网精品频道全力推荐 带使重物停靠在打点计时器附近。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次， 得到3～5条打好点的纸带。 3.选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位 置之间的距离Δh及在两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。 五、数据处理 1.计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式v_n=hn+1-hn-12T，计算出某一点的瞬时速 2.验证方法 方法一：利用起始点和第n点。 选择开始的两点间距接近2mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内 mghn=12mv2n，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：任取两点A、B。 如果在实验误差允许范围内mghw=12mv2B-12mv2A，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：图像法(如图所示)。 若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律得到验证。 六、误差分析 本实验的误差主要是测量纸带产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩 擦阻力引起的系统误差。 考点一实验原理与操作 例1.利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。时器 (1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间 的_______。一夹子 A.动能变化量与势能变化量 B.速度变化量和势能变化量 C.速度变化量和高度变化量 甲_ (2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中， 还必须使用的两种器材是___ A.交流电源～B.刻度尺C.天平(含砝码) S原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 。学利网 学科网原创精品，让你的学司土豪起华！ JP.ZXXK.COM 学科网精品频道全力推荐 (3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的 点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为ha、a、h。 己知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过 程中，重物的重力势能变化量△E, 动能变化量△E= (4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是 A.利用公式v=gt计算重物速度 B.利用公式v=2gh计算重物速度 C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D.没有采用多次实验取平均值的方法 解析：(1)验证机械能守恒定律原理是看减少的重力势能和增加的动能是否相等，所以需要比较重物 下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量，成选A。 (②)电磁打点计时器使用低压交流电源，需选用刻度尺测出纸带上任意两点间的距离，表示重物下落 的高度；等式两边都含有相同的质量，所以不需要天平称质量，故选A、B。 (3)根据功能关系，重物的重力势能变化量的大小等于重力做的功的多少，从打0点到打B点的过 程中，重力势能变化量 △尾=一mge B点的速度为g=hC一hA2T 所以动能变化量为 A E=12mv2B=m (hC-hA)28T2. (4)由于纸带在下落过程中，重物和空气之间存在阻力，纸带和打点计时器