第八章第五节 实验：验证机械能守恒定律-2023-2024学年高一物理精剖细解讲义（人教版2019必修第二册）

第八章第五节 实验：验证机械能守恒定律 ——精剖细解学习讲义 知识点：实验：验证机械能守恒定律 【实验目的】 验证机械能守恒定律。 熟悉打点计时器的使用。 学会实验数据的处理。 【实验原理】 通过实验，分别求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。 验证的表达式：mv＋mgh2＝mv＋mgh1或mv－mv＝mgh1－mgh2。 需测量的物理量：物体所处两位置之间的高度差、物体的运动速度。 【实验仪器】 带有铁夹的铁架台、导线、复写纸、重物、刻度尺、打点计时器及电源、纸带、交流电源等。 【实验装置图】 【实验步骤】 1．安装装置：按上图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。  2．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。  3．选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个计数点1、2、3、4、…，并量出各点到O点的距离h1、h2、h3、…，测量并计算出两位置之间的距离Δh及在两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。 【实验数据的处理】 计算各点对应的瞬时速度：根据公式计算物体在打下点1、2、…时的即时速度v1、v2、…。 验证方法： ①任取两点A、B，如果在实验误差允许范围内mghAB＝mvB2－mv2，则机械守恒定律得到验证。 ②选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内mghn＝mv，则机械能守恒定律得到验证。 ③用数据画出v2-h图像，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，则机械能守恒定律得到验证。 【实验误差】 1．本实验的误差主要是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。  2．计时器平面不在竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行会增大阻力。 3．电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器，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。 4. 本实验中的重力加速度g必须是当地的重力加速度，而不是纸带的加速度a。  【注意事项】 1．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。 2．实验应选用质量和密度较大的重物。  3．本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。  4．安装打点计时器时，要使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 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。 1．利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验，不需要使用的器材是（　　）    A．交流电源 B．刻度尺 C．天平（含砝码） D．复写纸（或墨粉盒） 2．用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验，下列说法正确的是（　　）    A．打点计时器应接直流电源 B．还必须配备的器材有秒表和刻度尺 C．应选择质量大体积小的物体作为重物 D．重物应远离打点计时器由静止释放重物 3．用自由落体法“验证机械能守恒定律”，就是看是否等于（n为计数点的编号0、1、2…n）。下列说法中正确的是（　　） A．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零 B．是计数点n到点1的距离 C．必须测量重物的质量 D．可以用计算，其中（T为打点周期） 4．小华同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律。下列说法正确的是（　　） A．电火花计时器应连接交流电源，工作电压约为8V B．实验中应手提纸带上端，先释放纸带再启动电火花计时器 C．打出的纸带前面一小段被损毁，用剩余部分也能验证机械能守恒定律 D．实验中所测重物的动能增加量通常比其重力势能的减少量稍大 5．实验小组用“自由落体法”验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，下列操作或分析中正确的是（　　）    A．必须要称出重锤的质量 B．打点计时器两限位孔必须在同一竖直线上 C．实验时，应先释放重锤，再打开电源 D．可以用或计算某点的速度 6．在用“落体法”做“验证机械能守恒定律”的实验时，为减小阻力对实验的影响，下列操作可行的是（　　） A．选用体积大的重锤 B．安装打点计时器时两限位孔在同一水平面上 C．释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直 D．重锤下落过程中，手始终提住纸带上端，保持纸带竖直 实验题 7．某同学设计了如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。铁架台上固定有带格子的圆弧形背板及拉力传感器，将质量为m的小球（可视为质点）用不可伸长且长度为L的轻绳悬挂在传感器上。    （1