(配套教参)第五章 实验七 验证机械能守恒定律-【高考领航】2024高考物理大一轮复习教师用书word+课件PPT（新教材，人教版）

实验七　验证机械能守恒定律 一、实验基本技能 1．实验目的 验证机械能守恒定律。 2．实验原理(如图所示) 通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。 3．实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根。 4．实验步骤 (1)安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连。 (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，先接通电源，再松开纸带，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：分两种情况说明 ①若选第1点O到下落到某一点的过程，即用mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离接近2 mm 的纸带。 ②用mvB2－mvA2＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否接近2 mm就无关紧要了。 5．实验结论 在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒。 二、规律方法总结 1．验证方案 方案一　利用起始点和第n点计算 代入mghn和mvn2，如果在实验误差允许的范围内，mghn和mvn2相等，则验证了机械能守恒定律。 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mvB2－mvA2的值。 (3)在实验误差允许的范围内，若mghAB＝mvB2－mvA2，则验证了机械能守恒定律。 方案三　图像法 从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出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g的直线，则验证了机械能守恒定律。 2．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0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，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＝mvn2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。 3．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平面内，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，后松开纸带让重物下落。 (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。 考点一　教材原型实验(基础考点) 1．利用如图甲所示的装置进行“验证机械能守恒定律”的实验： 甲 (1)需要测量由静止开始到某点的瞬时速度v与下落高度h。某同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案： A.用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝计算出瞬时速度v B.用刻度尺测出物体下落的高度h，用秒表测出下落时间t，并通过v＝gt计算出瞬时速度v C.用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出瞬时速度v D.根据做匀变速直线运动时纸带某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出瞬时速度v，并通过h＝计算出高度h 以上方案中正确的是 。 (2)实验中，测得所用重物的质量为1.00 kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图乙所示)，把第一个点记作O，另选连续的五个点A、B、C、D、E作为测量的点，经测量知道A、B、C、D、E各点到O点的距离分别为3.14 cm、4.90 cm、7.05 cm、9.59 cm、12.48 cm。已知电磁打点计时器所用的电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80 m/s2。(计算结果取三位有效数字) 乙 ①根据以上数据，打点计时器打下D点时，重物下落的速度vD＝ m/s。 ②根据以上数据，可知重物由O点运动到D点，重力势能的减少量等于 J。 ③若同学丙在测量数据时不慎将上述纸带从OA之间扯断，她仅利用A点之后的纸带能否实现验证机械能守恒定律的目的？ (选填“能”或“不能”)。 ④若同学丁在实验中打出的纸带第一、二点间的距离为0.32 cm，那么原因是 。 解析：(1)实验中应用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速