2024届高考物理一轮复习讲义：实验8. 探究机械能守恒

实验8.探究机械能守恒 一.实验原型 1.实验目的 验证机械能守恒定律 2．实验原理 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对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，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、交变电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线． 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将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔 ③用手提着纸带，让重物靠近打点计时器并处于静止状态，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点 ④从几条打下点的纸带中挑选出点迹清楚的纸带进行测量 ⑤在起始点标上O，在以后各点依次标上1、2、3、。。。；用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3.。。。 3.数据处理 1)求瞬时速度 由公式vn＝可以计算出重物下落h1、h2、h3…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3…. 2)验证守恒 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． 注意：应选取最初第1、2两点间距离接近2_mm的纸带(电源频率为50 Hz)． 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 测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算对应速度v，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． 4.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，以减小摩擦阻力． (2)重物应选用质量大、体积小、密度大的． (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． (5)此实验中不需要测量重物的质量．只需验证v＝ghn即可。 5.误差分析 1、减小测量误差：一是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，而是多测几次取平均值 2.由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量必定稍小于重力势能的减小量，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力 3. 交流电的频率f不是50 Hz也会带来误差，f＜50Hz，使动能Ek＜EP的误差进一步加大f＞50 Hz，则可能出现Ek＞EP的结果． 二..实验的改进与创新 1．实验器材、装置的改进 若利用钩码，则需要用整体法，探究mgh=（m+M）v2 2．速度测量方法的改进 由光电门计算速度测量纸带上各点速度． 3．实验方案的改进 利用自由落体运动的闪光照片验证机械能守恒定律． 高中物理一轮复习 页 2 学科网（北京）股份有限公司 一.基础实验练习 经典例题 典例1 在用打点计时器 “验证机械能守恒”的实验中 （1）下列叙述正确的是( ) A．为了减少空气阻力，应选用比较轻的重锤 B．实验需要用到天平 C．应该选用点迹清晰、特别是第1、2点间距离接近 2mm的纸带 D．打点计时器应接在电压为4V-6V的直流电源上 （2）该同学用200g的重锤在 OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重锤重力势能的减少量为_______，而动能的增加量为_______（均保留3位有效数字）。 典例2 某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。（当地重力加速度取，小球质量，结果保留3位有效数字） 时刻 速度（） 4.99 4.48 3.98 （1）为验证机械能是否守恒，需要比较小球下落过程中任意两点间的______。 A．动能变化量与势能变化量 B．速度变化量和势能变化量 C．速度变化量和高度变化量 （2）由频闪照片上的数据计算时刻小球的速度______； （3）从到时间内，重力势能的增量______，动能的减少量______； （4）大多数学生的实验结果显示，重力势能的增加量小于动能的减少量，原因是______。 A．利用公式计算