第四章 第六节 验证机械能守恒定律（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（粤教版2019）

第六节　验证机械能守恒定律 [对应学生用书P78] 验证机械能守恒定律． [参考案例1]通过实验，测出做自由落体运动物体的重力势能的减小量和相应过程动能的增加量，若二者相等，则说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律． [参考案例2]应用气垫导轨，物体沿光滑斜面下滑的过程中，测出物体重力势能的减小量和动能的增加量．若二者相等，则验证了机械能守恒定律． [参考案例1]打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线． [参考案例2]略 1．安装：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交流电源相连接． 2．接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近．接通电源，待打点稳定后松开纸带．让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带． 3．选纸带：选取点迹较为清晰的纸带，挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3…… 4．数据测量：测出0到点1、点2、点3……的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3…… 方法一：若验证从第一个点O到某个点n过程中机械能守恒，需验证mghn＝mv，其中vn＝，此种情况下，需要选择第1、2两点间距约为2 mm(因为gT2＝×g×0.022≈2 mm)、点迹清晰的纸带． 方法二：若验证从第m点(m≠1)到第n点过程中机械能守恒，需验证mghmn＝mv－mv，其中hmn为m点到n点距离．vm、vn分别是打第m个点和第n个点的速度． vm＝，vn＝ 无论是方法一还是方法二，都不需要测定重物质量m.通过计算，验证在误差允许的范围之内v与ghn是否相等或与ghmn是否相等． 1．安装打点计时器时，必须使两个限位孔在同一竖直线上，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，可使空气阻力减小． 3．实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动．接通电源后，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点． 4．速度不能用vn＝gtn或vn＝计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，所以速度应从纸带上直接测量计算．同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn＝gt或hn＝计算得到． 1．本实验的误差主要来自于空气阻力及纸带和计时器限位孔之间的摩擦，故重力势能的减少量应等于动能增加量和克服阻力做功之和，所以动能的增加量应略小于重力势能的减少量． 2．偶然误差 测量长度时会带来误差，减小误差的办法是： (1)测距离时都应从打第一个点O点量起． (2)多测几次取平均值． 3．系统误差 实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于重力势能的减少量ΔEp. [对应学生用书P79] 　如图甲为验证“机械能守恒定律”的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题： 甲 (1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有________．(填入正确选项前的字母) A．刻度尺　　　　　　 B．秒表 C．0～12 V的直流电源 D．0～12 V的交流电源 (2)下面列举了该实验的几个操作步骤： A．按照图示的装置安装器材 B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上 C．用天平测出重锤的质量 D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带 E．测量纸带上某些点间的距离 F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 其中操作错误的步骤是________． (3)实验中误差产生的原因有_____________________________________________(写出两个原因). (4)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图乙所示．使用交流电源的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a＝________．(用x1、x2、x3、x4及f表示) 乙 解析　(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要刻度尺、0～12 V的交流电源． (2)其中操作错误的步骤是将打点计时器接到电源的“直流输出”上，打点计时器需要交流电源． (3)纸带与打点计时器之间有摩擦力以及空气阻力；用刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算重力势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定等． (4)由Δx＝aT2得： a＝ ＝. 答案　(1)AD　(2)B (3)纸带与打点计时器之间有摩擦力以及空气阻力；用刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算重力势能变化时，选取初、末