高考物理必考实验精细精讲实验六验证机械能守恒定律学案.doc
6页1、实验六验证机械能守恒定律目录课前预习基础落实课堂互动考点突破课前预习基础落实【实验目的】验证机械能守恒定律。【实验原理】1在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能和动能互相转化,但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h,则重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为mv2,看它们在实验误差允许的范围内是否相等,若相等则验证了机械能守恒定律。2计算打第n个点速度的方法:测出第n个点与相邻前后点间的距离xn和xn1,由公式vn或vn算出,如图实1所示。图实1【实验器材】铁架台(含铁夹),打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,导线,毫米刻度尺,重物(带纸带夹)。【实验过程】一、实验步骤1安装置:按图实2所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。2打纸带:将纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3次5次实验。3选纸带:分两种情况说明(1)用mvmghn验证时,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。若1、2两点
2、间的距离大于2 mm,这是由于先释放纸带、后接通电源造成的。这样,第1个点就不是运动的起始点了,这样的纸带不能选。(2)用mvmvmgh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为2 mm就无关紧要了,所以只要后面的点迹清晰就可选用。二、数据处理方法一: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条件下,ghn和v相等,则验证了机械能守恒定律。方法二:任取两点计算(1)任取两点A、B,测出hAB,算出ghAB。(2)算出vv的值。(3)在实验误差允许的条件下,若ghABvv,则验证了机械能守恒定律。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v2h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定律。【误差分析】1本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功,故动能的增加量Ek稍小于重力势能的减少量Ep,即EkEp,这属于系统误差。改进的办法是调整
3、器材的安装,尽可能地减小阻力。2本实验的另一个误差来源于长度的测量,属偶然误差。减小误差的方法是测下落距离时都从0点量起,一次将各打点对应的下落高度测量完,或者多次测量取平均值。【注意事项】1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。2重物应选用质量大、体积小的物体。3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。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6080 cm之间。5不需测出物体质量,只需验证vghn即可。【实验改进】1物体的速度可以用光电计时器测量,以减小由于测量和计算带来的误差。2整个实验装置可以放在真空的环境中操作,如用牛顿管和频闪照相进行验证,以消除由于空气阻力作用而带来的误差。3可以利用气垫导轨来设计该实验,以减小由于摩擦带来的误差。4为防止重物被释放时的初速度不为零,可将装置改成如图实3所示形式,剪断纸带最上端,让重物从静止开始下落。课堂互动考点突破考点一实验原理与操作例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 Hz,依次打出的点
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