高考物理一轮复习学案 第22讲 实验(二）验证机械能守恒定

第22讲 实验:(二）验证机械能守恒定律(解析版) 1、掌握由纸带求瞬时速度的方法及图象的意义。 2、验证机械能守恒定律。 【实验步骤】 1．器材安装：如实验原理图所示，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，此时电源开关应为断开状态。 2．打纸带：把带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器下方附近，应先接通电源，待打点计时器稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，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条～5条)纸带。 3．选纸带：在打出的纸带中选择点迹清晰的纸带。 4．求瞬时速度：在第一个打点上标出O，并从稍靠后的某一点开始，依次标出1、2、3、4、…并量出各点到位置O的距离h1、h2、h3、h4、…，用公式vn＝计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3、v4、… 【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 方法一：利用起始点和第n点计算，代入ghn和v，如果在实验误差允许的范围内，ghn ＝ v，则说明机械能守恒定律是正确的。 方法二：任取两点A、B测出hAB，算出ghAB和的值，如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝v－v，则说明机械能守恒定律是正确的。 方法三：图象法，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，根据实验数据绘出v2? h图线。若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒。 【注意事项】 1．应尽可能控制实验条件，即应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锤，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。 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，打点计时器工作稳定后再松开纸带。 3．验证机械能守恒时，可以不测出重锤质量，只要比较v和ghn是否相等即可验证机械能是否守恒。 4．测量下落高度时，为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60 cm～80 cm之间。 5．速度不能用vn＝gtn或vn＝计算，否则犯了用机械能守恒定律验证机械能守恒的错误。 1．[多选]下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是(　　) A．重物质量的称量不会造成较大误差 B．重物质量选用得大些，有利于减小误差 C．重物质量选用得较小些，有利于减小误差 D．纸带下落和打点不同步会造成较大误差 【答案】BD 【解析】验证机械能守恒，即验证减少的重力势能是否等于增加的动能即mgh＝mv2，其中质量可以约去，没必要测量重物质量，A错误；当重物质量大一些时，空气阻力可以忽略，B正确，C错误；纸带先下落而后打点，此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是重物在打第一个点时就有了初动能，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，D正确。 2．利用图实-6-5所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，其中正确的方案是(　　) A．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度v B．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 C．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，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＝计算得 ... ...