验证机械能守恒定律

1、实验六 验证机械能守恒定律,基础知识梳理,【实验目的】 利用自由落体运动验证只有重力作用下的物体机械能守恒,基础知识梳理,【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,基础知识梳理,图551,基础知识梳理,【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),基础知识梳理,【实验步骤】 1安装置：按图552将检查、调整好的打点计时器竖直

2、固定在铁架台上，接好电路,图552,基础知识梳理,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,基础知识梳理,3选纸带：分两种情况说明 (1)用 mvn2mghn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,基础知识梳理,(2)用 mvB2 mvA2mgh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

3、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,核心要点突破,一、数据处理 1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.,核心要点突破,2验证守恒 方法一：利用起始点和第n点计算代入ghn和 vn2，如果在实验误差允许的范围内，ghn vn2，则说明机械能守恒定律是正确的,核心要点突破,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 vB2 vA2的值 (3)

4、如果在实验误差允许的范围内，ghAB vB2 vA2，则说明机械能守恒定律是正确的,核心要点突破,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,核心要点突破,二、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器材的安装，尽可能地减小阻力,核心要点突破,2本实验的另一个误差来源于长度

5、的测量，属偶然误差减小误差的办法是测下落距离时都从O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,核心要点突破,三、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物，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,核心要点突破,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，可以不测出物体质量，只要比较 vn2和ghn是否相等即可

6、验证机械能是否守恒,核心要点突破,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,核心要点突破,5速度不能用vngtn或vn 计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用vngtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的错误结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn gtn2或hn 计算得到,高频考点例析,在用图553所示的实验装置来验证机械能守恒定律时，某同

7、学的以下看法中正确的是(),题型一 实验中应注意的问题,例1,图553,高频考点例析,A必须用秒表测出重物下落的时间 B实验操作时，注意手提着纸带使重物靠近计时器，先接通计时器电源，然后松开纸带 C如果打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，就会造成重力势能的变化小于动能的变化 D验证时，可以不测量重物的质量或重力,高频考点例析,【解析】因为实验中使用打点计时器，不需要测时间，A错误；打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，造成重力势能的减少大于动能的增量，C错误；验证时，不必测量重物的质量或重力，D正确由实验操作规程可知，B也正确 【答案】

8、BD,高频考点例析,用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中： (1)运用公式 mgh对实验条件的要求是_，为此，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近_,题型二 实验数据的处理,例2,高频考点例析,(2)若实验中所用重物的质量m1 kg.打点纸带如图554所示，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重物速度vB_，重物动能Ek_，从开始下落起至B点时重物的重力势能减少量是_，由此可得出的结论是_,高频考点例析,图554,高频考点例析,(3)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以 为纵轴、以h为横轴画出的图象应是如图555中的(),图555,高频考点例析,【解析】(1)物体自由下

9、落时，在0.02 s内的位移应为 h gT2 9.8(0.02)2 m2 mm. 所以对实验条件的要求是打第一个点时重物的初速度为零,高频考点例析,高频考点例析,(3)由机械能守恒定律可知，mghmv2，即验证机械能守恒定律成立，只需验证 v2gh即可如以纵坐标为 、横坐标为h，则图象应为过原点，且斜率为g的直线，故C图正确,高频考点例析,【答案】(1)打第一个点时重物的初速度为零2 mm (2)0.59 m/s0.17 J0.17 J机械能守恒(3)C,高频考点例析,(2008年高考江苏卷)某同学利用如图556所示的实验装置验证机械能守恒定律弧形轨道末端水平，离地面的高度为H.将钢球从轨道的

10、不同高度h处由静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.,题型三 实验创新设计,例3,图556,高频考点例析,(1)若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2_(用H、h表示) (2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：,高频考点例析,请在图557所示的坐标纸上作出s2h关系图,图557,高频考点例析,(3)对比实验结果与理论计算得到的s2h关系图线(图中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率_(填“小于”或“大于”)理论值 (4)从s2h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是_,高频考点例析,高频考点例析,(2)依次描点，连线，如图558所示注意不要画成折线,图558,高频考点例析,(3)从图中看，同一h时的s2值，理论值明显大于实际值，而在同一高度H下的平抛运动水平射程由水平速率决定，可见实际水平速率小于理论速率,高频考点