浙江省学考通关物理学考标准条目解析实验8验证机械能守恒定律共17

1、实验(8):验证机械能守恒定律,一、实验原理图 二、基本实验要求 1.实验目的 验证机械能守恒定律 2.实验原理 让物体自由下落,用刻度尺测出物体下落的高度hn,求出对应点的瞬时速度vn,比较重力势能的减少量与动能的增加量,若二者相等,则机械能守恒。,3.实验器材 铁架台(带铁夹)、打点计时器、学生电源、导线、带铁夹的重锤、纸带、刻度尺。 4.实验步骤 (1)按实验原理图把打点计时器竖直固定在铁架台上,用导线把打点计时器与学生电源连接好。 (2)把纸带的一端在重锤上用夹子固定好,另一端穿过打点计时器限位孔。 (3)用手提着纸带,让重物靠近打点计时器并处于静止状态,然后接通电源,松开纸带,让重物

2、自由落下。重复几次,得到35条打好点的纸带。,(4)在打好点的纸带中挑选出点迹清晰的纸带进行测量,在起始点标上O,以后各点依次标上A、B、C,用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3,如图所示。 (5)应用公式 ,算出各点对应的即时速度v1、v2、v3、vn,填入记录表中。 (6)计算各点对应的势能减少量Ep和动能的增加量Ek,进行比较。,5.数据处理 (1)方案一:利用起始点和第n点计算。 将测量计算得到的hn和vn的值代入ghn和 ,如果在实验误差允许的条件下,二者相等,则机械能守恒定律是正确的。 (2)方案二:任取两点计算。 任取较远两点A、B测出hAB,算出ghAB,算出 的值。 若在

3、实验误差允许的条件下二者相等,则机械能守恒定律是正确的。 (3)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hn,并计算各点速度的平方,然后以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出v2-h图象,若在误差允许的条件下,图线是一条过原点的直线,则机械能守恒定律是正确的。,6.注意事项 (1)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。 (2)打点计时器安装要稳固,并使两限位孔在同一竖直线上,以减少摩擦阻力。 (3)实验中,手提着纸带上端并保持纸带竖直,减少纸带与限位孔间的摩擦阻力。 (4)实验中,需保持提纸带的手不动并让重物靠近打点计时器,待接通电源,让打点计时器工作正常

4、后再松开纸带让重物下落,以保证第一个点是一个清晰的点。 (5)因不需要知道动能和势能的具体数值,因此不需要测出重物的质量m。 7.误差分析 实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力做功,所以动能的增加量要小于势能的减少量。,考点1,考点2,考点3,考点1实验原理和操作 典例5(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中,某实验小组分别设计了如图甲、乙、丙所示的实验装置来验证机械能守恒定律。,考点1,考点2,考点3,(1)经分析比较后,其中最理想的实验装置是(选填“甲”“乙”或“丙”)。 (2)某个小组的三位同学按照正确的操作选得纸带如图所示,其中O是起始点,A、B、C是打点计时器连续打下的3个点。该同学

5、用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,用重物在OB段的运动来验证机械能守恒,已知当地的重力加速度g取9.80 m/s2,打点计时器所用电源频率为f=50 Hz,设重物质量为1.00 kg。,考点1,考点2,考点3,甲同学发现,图中的B是除起始点外打点计时器打下的第n个点,因此他用vB=ngT(T是打点计时器的打点周期)计算B点对应时刻重物的速度,这样得到的结果是重力势能的减少量(选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量。 乙同学认为,可以利用O点到B点的距离hB,计算B点对应时刻重物的速度 ,这样得到的结果是重力势能的减少量(选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量。 丙同学用AC

6、段的平均速度作为跟B点对应的重物瞬时速度,即用 计算B点对应时刻重物的速度,这样得到的结果是重力势能的减少量(填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量。 你认为三位同学的数据处理方法中合理的是(选填“甲”“乙”或“丙”)。,考点1,考点2,考点3,解析: (1)甲;(2)甲同学直接按自由落体计算的瞬时速度,而实际运动过程中有空气阻力和摩擦力,加速度会小于g,所以这样计算的速度偏大,所以重力势能的减少量小于动能的增加量;乙同学直接利用高度按照匀加速计算速度,相当于是利用重力势能求动能,结果是相等的,但这种求法是错误的;丙同学用匀变速直线运动规律求解B点速度,与重物实际运动规律相符,所以速度计算

7、正确,由于实验过程中摩擦阻力的存在,重力势能有一部分转化给了摩擦阻力做功产生的内能,重力势能的减少量大于动能的增加量。三位同学的数据处理方法中合理的是丙。 答案: (1)甲(2)小于等于大于丙,考点1,考点2,考点3,考点2实验数据处理 典例6(多选)用自由落体法验证机械能守恒定律,就是看 是否等于mghn(n为计数点的编号0、1、2n)。下列说法中正确的是() A.打点计时器打第一个点0时,重物的速度为零 B.hn是计数点n到起始点0的距离 C.必须测量重物的质量 D.用vn=gtn计算vn时,tn=(n-1)T(T为打点周期),答案,解析,考点1,考点2,考点3,典例7为了探究机械能守恒定

8、律,某同学设计了如图甲所示的实验装置,并提供了如下的实验器材:A.小车、B.钩码、C.一端带滑轮的木板、D.细线、E.电火花计时器、F.纸带、G.毫米刻度尺、H.低压交流电源、I.220 V的交流电源 甲乙,考点1,考点2,考点3,(1)根据上述实验装置和提供的实验器材,你认为实验中不需要的器材是(填写器材序号),还应补充的器材是。 (2)实验中得到了一条纸带如图乙所示,选择点迹清晰且便于测量的连续7个点(标号06),测出0到1、2、3、4、5、6点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6,打点周期为T。则打点2时小车的速度v2=;若测得小车质量为M、钩码质量为m,打点1和点5时小车的速

9、度分别用v1、v5表示,已知重力加速度为g,则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为。,考点1,考点2,考点3,考点1,考点2,考点3,考点3实验创新设计 典例8某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05 s闪光一次,图中所标数据为实际距离,该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8 m/s2,小球质量m=0.2 kg,结果保留三位有效数字):,考点1,考点2,考点3,(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5= m/s。 (2)从t2到t5时间内,重力势能增加量Ep=J,动能减少量Ek=J。 (3)在误差允许的范围内,若Ep与Ek近似相等,从而验证了机械能守恒定律。由上述计算得Ep(选填“”“”或“=”)Ek,造成这种结果的主要原因是。,考点1,考点2,考点3,(2)由题给条件知:h25=(