实验六 验证机械能守恒定律-【全攻略】备战2024年高考物理一轮重难点复习

实验六：验证机械能守恒定律 一、实验原理及操作 1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。 2．速度的测量：做匀变速直线运动的物体某段位移中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速度。 计算打第n点速度的方法：测出第n点与相邻前后点间的距离xn和xn＋1，由公式vn＝计算，或测出第n－1点和第n＋1点与起始点的距离hn－1和hn＋1，由公式vn＝算出，如图所示。 3．安装置：如图所示，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。 4．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。 5．选纸带：分两种情况说明 (1)用mv＝mghn验证时，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离接近2 mm的纸带。若第1、2两点间的距离大于2 mm，则可能是由于先释放纸带后接通电源造成的。这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。 (2)用mv－mv＝mgΔh验证时，处理纸带时不必从起始点开始计算重力势能的大小，这样，纸带上打出的起始点O后的第一个0.02 s内的位移是否接近2 mm，以及第一个点是否清晰也就无关紧要了，实验打出的任何一条纸带，只要后面的点迹清晰，都可以用来验证机械能守恒定律。 二、数据处理及分析 1．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O点量起，一次将所打各点对应重物下落高度测量完，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。 2．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线上，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)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后释放纸带让重物下落。 (4)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。 知识一：教材原型实验 【例1】某同学用重物自由下落验证机械能守恒定律。实验装置如图甲所示。 （1）关于上述实验，下列说法中正确的是 ； A．重物最好选择密度较小的木块          B．重物的质量可以不测量 C．实验中应先释放纸带，后接通电源    D．可以利用公式来求解瞬时速度 （2）若实验中所用重锤质量m=0.2kg，打点纸带如图乙所示，O为第一个点，打点时间间隔为0.02s，则打B点时，重锤动能 J。从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是 J。（，结果保留三位有效数字） 【例2】利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。 （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 。 A．动能变化量与势能变化量 B．速度变化量与势能变化量 C．速度变化量与高度变化量 （2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图所示的一条纸带。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、hB、hC。已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ΔEp= ，动能变化量ΔEk= 。 （3）请提出一条减小实验误差的方法 。 知识二：创新型实验 【例1】某实验小组利用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”。主要实验步骤如下： A．将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平； B．测量遮光条宽度d。 C．测出光电门A、B之间的距离为L； D．释放滑块，读出遮光条通过光电门A、B的挡光时间分别为、； E．用天平称出托盘和砝码的总质量m； F．…… 回答下列问题： （1）实验时，接通气源后，在导轨上轻放滑块，轻推一下滑块，使其从轨道右端向左运动，发现滑块通过光电门A的时间小于通过光电门B的时间。为使导轨水平，可调节旋钮使轨道右端 （选填“升高”或“降低”）一些。 （2）用游标卡尺测量遮光条宽度d时，测量结果如图乙所示，则 mm。 （3）为验证机械能守恒定律，还需要测量 （写出物理量及字母）。 （4）若要符合机械能守恒定律的结论，应该满足的表达式为 （用题干所给字母及第（