第6章 实验7 验证机械能守恒定律（PPT课件）-【正禾一本通】2024高考物理高三一轮总复习高效讲义（新教材新高考）

2024版·物理（①） 第六章 机械能守恒定律 实验七　验证机械能守恒定律 重力势能的减少量 毫米刻度尺 打点计时器 接通电源 松开纸带 2 mm g 【实验目的】 　验证机械能守恒定律。 备考第1步——理清实验过程，注意实验事项 一、实验原理(如图所示) 通过实验，求出做自由落体运动物体的________________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。 二、实验器材 打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物、__________、铁架台(带铁夹)、导线。 三、实验过程 1．安装器材：将__________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________，再________，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：从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带。 4．进行数据处理并验证。 四、数据处理 1．求瞬时速度 由公式vn＝ eq \f(hn＋1－hn－1,2T) 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．验证守恒 方案一：利用起始点和第n点计算 代入mghn和 eq \f(1,2) mvn2，如果在实验误差允许的范围内mghn和 eq \f(1,2) mvn2相等，则验证了机械能守恒定律。 注意：应选取最初第1、2两点间距离接近_______的纸带(电源频率为50 Hz)。 方案二：任取两点计算 ①任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB。 ②算出 eq \f(1,2) mvB2－ eq \f(1,2) mvA2的值。 ③在实验误差允许的范围内，若mghAB＝ eq \f(1,2) mvB2－ eq \f(1,2) mvA2，则验证了机械能守恒定律。 方案三：图像法 测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算对应速度v，然后以 eq \f(1,2) v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出 eq \f(1,2) v2 ­h图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为__的直线，则验证了机械能守恒定律。 【注意事项】 [实验过程]　　　 　　 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重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。 ③一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落。 [数据处理]　　　 　　 ①测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝ eq \f(hn＋1－hn－1,2T) ，不能用vn＝ eq \r(2ghn) 或vn＝gt来计算。 ②不需测出物体质量，只需验证 eq \f(1,2) vn2＝ghn即可。 [误差分析]　　　 　　 ①减少系统误差：本实验中因重物和纸带在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，改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。 ②减少偶然误差：本实验在长度测量时产生误差，改进的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各点对应的下落高度测量完。 备考第2步——研典题破重难，透析高考考法 层级1 基础实验过关 【典例引领】 【例1】 (2022·河北高考)某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，实验装置如图1所示。弹簧的劲度系数为k，原长为L0，钩码的质量为m。已知弹簧的弹性势能表达式为E＝ eq \f(1,2) kx2，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为g。 (1)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为L。接通打点计时器电源。从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点)。从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为____________，钩码的动能增加量为____________，钩码的重力势能增加量为____________。 (2)利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系，如图3所示。 由图3可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是_______________________________________________________________________。 解析：(1)根据题意，打下A点时弹簧伸长量为L－L0，题中明确纸带为加速上升阶段，即弹簧始终处于伸长