8.5 实验：验证机械能守恒定律-2022-2023学年高一物理下学期同步学案+典例+练习（人教版2019必修第二册）

8.5 实验：验证机械能守恒定律 基础知识梳理 一、实验思路 机械能守恒的前提是“只有 或 做功”，因此研究过程一定要满足这一条件.本节实验我们以只有 做功的过程进行研究. 二、物理量的测量及数据分析 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：mv22＋mgh2＝ 或：mv22－mv12＝ . (2)所需测量的物理量：物体所处两位置之间的 ，及物体的 . 典型例题分析 考点一：验证机械能守恒定律的实验目的、原理和器材 【例1】在用图示装置做“验证机械能守恒定律”的实验中，初始释放纸带时（　　） A．夹子应在靠近打点计时器处 B．夹子应在远离打点计时器处 C．打点计时器应在夹子与手的中间位置 D．手应在挨近打点计时器处 【变式练习】 1．在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验时，除了铁架台、交流电源、刻度尺、纸带等实验器材外，必需的器材还应包括（　　） A．停表 B．天平 C．打点计时器 D．弹簧测力计 2．《用DIS研究机械能守恒定律》的实验中，下列说法中正确的是（　　） A．摆锤每次都必须从摆锤释放器的位置以不同的速度向下运动 B．必须测定摆锤的质量 C．摆锤下落的高度可由标尺盘直接测定 D．定位挡片的作用是改变摆锤的机械能 考点二：验证机械能守恒定律的实验步骤与数据处理 【例2】小华同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律。下列说法正确的是（　　） A．电火花计时器应连接交流电源，工作电压约为8V B．实验中应手提纸带上端，先释放纸带再启动电火花计时器 C．打出的纸带前面一小段被损毁，用剩余部分也能验证机械能守恒定律 D．实验中所测重物的动能增加量通常比其重力势能的减少量稍大 【变式练习】 1．某同学利用利用重锤和打点计时器做“验证机械能守恒定律”实验，请回答下列问题。根据纸带算出打下各点时重物的速度，量出下落高度，则以为纵坐标，为横坐标画出的图像应是下列选项中的（　　） A． B． C． D． 2．在研究重物自由下落过程中机械能守恒的实验中，得到如图所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是后面的一些点算出打下B、C两点时重物的速度分别是、，测得 B、C两点间的距离为h，那么验证机械能守恒的表达式可写为（　　） A． B． C． D． 考点三：验证机械能守恒定律的注意事项和误差分析 【例3】如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置，下列说法正确的是（　　） A．释放纸带时，重锤应尽量远离打点计时器 B．可以利用公式计算重物的速度 C．由于阻力，重锤重力势能的减少量大于动能的增加量 D．交流电源的实际频率若小于，算得的动能偏小 【变式练习】 1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（　　） A．必须要用天平称出重锤的质量 B．实验时，当松开纸带让重锤下落的同时，立即接通电源 C．开始时用手提着纸带比用夹子夹着纸带效果更好 D．实验结果应该是动能的增加量略小于重力势能的减小量 2．在用打点计时器记录纸带研究物体的自由落体运动时，为了提高实验的准确度，下列做法不正确的是（  ） A．整个装置应竖直 B．先用手捏住纸带上端，然后释放让重锤下落 C．先放手再接通电源 D．纸带应平行于打点计时器的限位孔 方法探究 一、研究自由下落物体的机械能 1.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(或墨粉盘)、导线、毫米刻度尺、交流电源. 2.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. (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，测量两位置之间的距离Δh及两位置时的速度，代入表达式进行验证. 3.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vn＝，计算出某一点的瞬时速度vn. (2)机械能守恒定律的验证 方法一：利用起始点和第n点. 选择开始的两点间距接近2 mm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＝mvn2，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mghAB＝mvB2－mvA2，则机械守恒定律得到验证. 方法三：图像法(如图). 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，则验证了机械能守恒定律. 4.误差分析 本实验的误差主要是由纸带测量产生的偶然