(江苏专用)高三物理一轮复习 必考部分 第5章 机械能及其守恒定律 实验5 验证机械能守恒定律教师用书-人教高三物理试题
9页1、实验五验证机械能守恒定律 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速度的测量:做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度vt2t.计算打第n个点瞬时速度的方法是:测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn1,由公式vn或vn算出,如图实51所示图实51 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仪器安装按图实52所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路图实522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35次实验3选纸带分两种情况说明(1)如果根据mv2mgh验证时,应选点迹清晰,打点成一条直线,且1
2、、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带若1、2两点间的距离大于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)如果根据mvmvmgh验证时,由于重力势能的变化是绝对的,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,ghnv,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,ghABvv,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 误差分析1系统误差本实验中因重锤和纸带在下落过程中要克服各种阻
3、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,改进的方法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力2偶然误差本实验的另一个误差来源于长度的测量,属于偶然误差减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量时,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 cm80 cm之间5速度不能用vngtn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 实验改进1物体的速度
4、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53所示形式,剪断纸带最上端,让重物从静止开始下落图实53考向1实验原理与操作(2016北京高考)利用图实54装置做“验证机械能守恒定律”实验图实54(1)为验证机械能是否守恒,需要比较重物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)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是_A交流电源B刻度尺C天平(含砝码)(3)实验中,先接通电源,再释放重物,得到图实45所示的一条纸带在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC.已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量Ep_,动能变化量Ek_.图实55
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