2019高中物理第四章机械能和能源第5节机械能守恒定律4实验:验证机械能守恒定律学案2.doc
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1、1实验:验证机械能守恒定律实验:验证机械能守恒定律一、考点突破一、考点突破知识点知识点考纲要求考纲要求题型题型说明说明实验:验证机械能守恒定律1. 掌握验证机械能守恒定律的方法;2. 会用计算法或图象法处理实验数据。实验题本知识点属于高频考点,是力学的重要实验,主要考查纸带处理、用图象法处理数据,在最近几年高考中通过实验装置变形考查系统机械能守恒,故在本实验中要区分是单个物体还是系统的机械能守恒。二、重难点提示二、重难点提示重点:重点:1. 掌握验证机械能守恒定律的方法;2. 会用计算法或图象法处理实验数据。难点:难点:1. 能够区分单个物体还是系统机械能守恒。2. 变形实验的原理分析。基本实
2、验要求基本实验要求规律方法总结规律方法总结1.1. 实验目的实验目的验证机械能守恒定律。2.2. 实验原理实验原理通过实验,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。1.1. 误差分析误差分析(1 1)测量误差)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,依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 2)系统误差)系统误差由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功,故23.3. 实验器材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。4.4. 实验步骤实验步骤(1
3、 1)安装器材)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 2)打纸带)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,于是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(35条)纸带。(3 3)选纸带)选纸带分两种情况说明:若选第1点O到下落到某一点的过程,即用mgh21mv2来验证,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。用212 Bmv212 Amvmgh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小于或接近2 m
4、m就无关紧要了。5.5. 实验结论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。动能的增加量Ek212 nmv必定稍小于重力势能的减少量Epmghn,改进办法是调整安装的器材,尽可能地减小阻力。2.2. 注意事项注意事项打点计时器要竖直: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;重物应选用质量大、体积小、密度大的材料;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;测长度,算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用vnTddnn 211,不能用vnngd2或vngt来计算。3.3. 验证方案验证方案方案一:方案一:利用起始点和第n点计算代入mghn和
5、212 nmv,如果在实验误差允许的范围内mghn和212 nmv相等,则验证了机械能守恒定律。方案二:方案二:任取两点计算任取两点A、B,测出hAB,算出mghAB。算出212 Bmv212 Amv的值。在实验误差允许的范围内,若mghAB212 Bmv212 Amv,则验证了机械能守恒定律。方案三:方案三: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21v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据作出21v2h图线。若在误差允许的范围内图线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。注意:注意:本实验是验证自由落体(单个物体)的机械能守恒
6、,若要验证系统的机械能守恒,则和本实验的最大区别在于:是否需要测量物体的质量。例题例题1 1 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中,电源的频率为50 3Hz,依次打出的点为0、1、2、3、4、n。则:(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证,必须直接测量的物理量为_、_、_,必须计算出的物理量为_、_,验证的表达式为_。(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是_(填写步骤前面的字母)。A. 将打点计时器竖直安装在铁架台上B. 接通电源,再松开纸带,让重物自由下落C. 取下纸带,更换新纸带(或将纸带翻转)重新做实验D. 将重物固定在纸带的一端,让纸带穿过打点计时器,用手提着纸带E. 选择一
7、条纸带,用刻度尺测出物体下落的高度h1、h2、h3hn,计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3vnF. 分别算出21 2nmv和mghn,在实验误差允许的范围内看是否相等思路分析:思路分析:(1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物运动的过程中机械能守恒,应测出第2点到第6点的距离h26,要计算第2点和第6点的瞬时速度v2和v6,必须测出第1点到第3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57,利用中间时刻速度公式计算出v2和v6,机械能守恒的表达式为mgh2621mv6221mv22。(2)实验操作顺序为ADBCEF。答案:答案:(1)第2点到第6点之间的距离h26第1点到第3点之间
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