第1章 第5节 第2课时 实验：验证机械能守恒定律-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第二册同步核心辅导与测评（鲁科版）

第2课时　实验：验证机械能守恒定律 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、实验器材 铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带、刻度尺、交流电源、天平、砝码。 三、实验原理与设计 让带有纸带的重物自由下落，利用打点计时器记录重物下落过程中的运动情况。选取纸带上的某点作为高度的起点，量出纸带上其他点相对该点的距离作为高度。用天平称出重物的质量，算出重物经过这些点的重力势能。再计算重物经过这些点的瞬时速度，算出动能。 最后，通过比较重物经过这些点的机械能，得出实验结论。 四、实验步骤 1．测质量：使用天平称出重物质量。 2．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。 3．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。 4．选纸带：取下纸带并选其中一个点作为参考点，设打该点时重物的重力势能为0，计算打该点时重物的动能，它就是重物下落过程中动能与重力势能的总和。 5．求机械能：分别计算纸带上其他各点对应的重物的动能和重力势能之和。 五、数据分析 1．计算各点对应的瞬时速度：根据公式vn＝，计算出1、2、3…n点的瞬时速度v1、v2、v3…vn。 2．将测量的数据记入你设计的表格中，并分析数据，形成结论。 3．其他的验证方法 方法一：利用起始点和第n点。 如果在实验误差允许范围内ghn＝v，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：任取两点A、B。 如果在实验误差允许范围内ghAB＝v－v，则机械能守恒定律得到验证。 方法三：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，则验证了机械能守恒定律。 六、误差分析 本实验的误差主要是由纸带测量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，减小的方法是多测几次取平均值。 七、实验注意事项 1．打点计时器安装要稳固，并使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 2．应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力的影响相对减小。 3．实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。 4．本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。 5．速度不能用v＝gt或v＝计算，应根据纸带上测得的数据，利用vn＝计算瞬时速度。 　 　“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图示的甲或乙方案来进行。 (1)比较这两种方案， (填“甲”或“乙”)方案好些。 (2)在“验证机械能守恒定律”的实验中，直接测量的物理量是________。 A．重力加速度 B．重物下落的高度 C．重物下落的瞬时速度 D．重物下落的平均速度 (3)在进行“验证机械能守恒定律”的实验时，应________。 A．先释放纸带，再接通电源 B．用手托住重物由静止释放 C．根据v＝gt计算重物在t时刻的速度 D．使重物下落的起始位置靠近打点计时器 【解析】　(1)甲的方案摩擦阻力小，误差小，而且方便操作，所用实验器材少，所以甲的方案好些。 (2)验证机械能守恒的实验，重力加速度是已知的，无需测量，A错误；实验要计算重力势能的减少量，所以需要测量物体下落的高度，B正确；本实验的下落瞬时速度是根据纸带处理得到，无法直接测量，而平均速度本实验用不到，C、D错误。 (3)根据实验操作，接通电源打点稳定后，再释放纸带，A错误；释放时，纸带应竖直，减少与限位孔的摩擦，所以释放时，应按图中所示，B错误；因为要验证机械能守恒，所以速度需根据实际的纸带计算，而不能用自由落体公式计算，因为自由落体运动只受重力，机械能一定守恒，C错误；释放纸带前，重锤应靠近打点计时器，这样可以充分利用纸带，D正确。 【答案】　(1)甲　(2)B　(3)D 　 　在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝1．00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图甲所示。O为打下的第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔0．02 s打一个点，当地的重力加速度为g＝9．80 m/s2，那么： 甲　　　　　　　　　　　乙 (1)根据图上所得的数据，应取图中O点到 点来验证机械能守恒定律。 (2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp＝ J，动能增加量ΔEk＝ J(结果保留三位有效数字)。 (3)测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h，若