第四章 第六节 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（粤教版）

第六节　验证机械能守恒定律 一、实验目的 1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度． 2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法． 二、实验原理 让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒： 1．以物体下落的起始点O为基准，测出物体下落高度h时的速度大小v，若mv2＝mgh成立，则可验证物体的机械能守恒． 2．测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，若关系式mv－mv＝mgh成立，则物体的机械能守恒． 三、实验器材 铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源． 四、实验步骤 1．安装置：按如图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路． 2．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次～5次实验． 3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2_mm的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2_mm的第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3、… 4．测距离：用刻度尺测出O点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3… 五、数据处理 1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3…再根据公式vn＝，计算出1、2、3、4…n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4…vn. 2．机械能守恒验证 方法一：利用起始点和第n点． 从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为mv，计算ghn和v，如果在实验误差允许的范围内ghn＝v，则机械能守恒定律得到验证． 方法二：任取两点A、B. 从A点到B点，重力势能减少量为mghA－mghB，动能增加量为mv－mv A2，计算ghAB和v－v，如果在实验误差允许的范围内ghAB＝v－v A2，则机械能守恒定律得到验证． 方法三：图像法． 计算各计数点v2，以v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，根据实验数据绘出v2－h图线，如图所示．若在误差许可的范围内图像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 1．在进行长度测量时，测量及读数不准造成偶然误差． 2．系统误差的主要来源是重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象． 3．由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生系统误差． 七、注意事项 1．应尽可能控制实验，满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有： (1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，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，使空气阻力减小． 2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直．接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带． 3．纸带的选取 (1)以第一个点为起点时，要验证的是mv＝mghn，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为h＝gt2＝×10×(0.02)2 m＝2 mm. (2)以下落中某点为起点时，要验证的是mv－mv＝mghmn，这时选择纸带不需要满足两点间距为2 mm. 4．计算速度时不能用v＝gt或v＝，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误． 5．测量下落高度时，为减小实验误差，后边的点应距起点O较远，在测量各点到O点的距离时，应当用刻度尺从O点量起，一次性读出各点到O点的距离． 　实验原理与操作 　用落体法验证机械能守恒定律． (1)(多选)从下列器材中选出实验必需的器材，其编号为___________________________． A．打点计时器(带纸带)；B.重物；C.天平；D.毫米刻度尺；E.停表；F.小车 (2)打点计时器的安装要求为_________________________；开始打点时应先________，然后______________________． (3)用公式__________________________来计算某一点对应的速度． (4)实验中产生系统误差的主要原因是__________________________，使重物获得的动能往往________(填“大于”“小于”或“等于”)减少的重力势能．为了减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择___________________________________． (5)