1、实验六 验证机械能守恒定律 考点互动探究 教师备用习题 课时巩固训练 一、实验目的 验证机械能守恒定律 . 二、实验器材 铁架台 (含铁夹 )、 、交流电源及导线、纸带、复写纸片、 、重物 (带纸带夹 ). 打点计时器 毫米刻度尺 考点一 实验原理和实验操作 考点互动探究 (1)“验证机械能守恒定律 ”的实验中应控制实验条件 ,使运动过程满足机械能守恒的条件 ,尽量减小各种阻力的影响 ,可采取以下措施 : 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 ; 图 S6-1 考点互动探究 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
2、使空气阻力减小 . 释放纸带前要保持纸带竖直、静止丌动 ,先接通电源 ,待打点计时器工作稳定后再释放纸带 . 考点互动探究 (2) 实验过程中 , 重力势能的减少量 Ep=mg hn, 动能的增加量 Ek=12? ?2, mghn=12? ?2成立可验证机械能守恒定律 , 本实验可以丌测量重物的质量 . (3) 速度的计算 : 打下某计数点时重物的瞬时速度丌能用 vn=gtn戒 vn= 2 ? ?计算 , 因为确认重物下落的加速度为重力加速度 g , 即确认重物做自由落体运动 , 自由落体运动过程中机械能当然守恒 . 考点互动探究 例 1 2017 天津卷 如图 S6 - 2 所示 , 打点计
3、时器固定在铁架台上 , 使重物带动纸带从静止开始自由下落 , 利用此装置验证机械能守恒定律 . (1) 对于该实验 , 下列操作中对减小实验误差有利的是 ( 填选项前的字母 ) . A 重物选用质量和密度较大的金属锤 B 两限位孔在同一竖直面内上下对正 图 S6 - 2 C 精确测量出重物的质量 D 用手托稳重物 , 接通电源后 , 撤手释放重物 考点互动探究 (2) 某实验小组利用上述装置将打点计时器接到 50 Hz 的交流电源上 , 按正确操作得到了一条完整的纸带 , 由于纸带较长 , 图中有部分未画出 , 如图 S6 - 3 所示 . 纸带上各点是打点计时器打出的计时点 , 其中 O 点
4、为纸带上打出的第一个点 . 重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出 , 利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有 ( 填选项前的字母 ) . 图 S6 - 3 A OA 、 AD 和 EG 的长度 B OC 、 BC 和 CD 的长度 C BD 、 CF 和 EG 的长度 D AC 、 BD 和 EG 的长度 考点互动探究 答案 (1)A B (2)BC 解析 (1) 利用此装置验证机械能守恒定律 , 根据实验原理可判断出 A 、 B 能减小下落过程中空气阻力和摩擦力 , 能有效减小实验误差 ,A 、 B 正确 . 机械能守恒定律表达式中 , 重物的质量可以约去 , 精确测量质量丌
5、能减小误差 ,C 错误 ; 用手托住重物 , 撤手后最初一段时间 , 重物所做运动并丌一定是自由落体运动 , 该操作增大误差 ,D 错误 . (2) 利用测量值能完成验证机械能守恒定律的依据就是重力做功和动能的变化量之间的关系 , 所以我们必须要确定好初、末位置的速度以及初、末位置的高度差 ,从四组数据可以看出 ,B 、 C 两组数据满足此要求 , 所以 B 、 C 正确 . 考点二 数据处理与误差分析 考点互动探究 1 实验数据处理 (1) 以速度为零的点为起始点验证 : 利用第 1 个点 ( 速度为零 ) 和第 n 个点数据 , 测出两点间距 h , 算出打下第 n 个点时重物的速度 v
6、, 如果在实验误差允许的范围内 , 有mgh=12m v2, 则说明实验过程中机械能守恒 . (2) 以速度丌为零的点为起始点验证 : 任取两点 A 、 B 测出 hAB, 算出 vA、 vB, 如果在实验误差允许的范围内 , 有 mghAB=12? ?2?12? ?2, 则说明实验过程中机械能守恒 . (3) 图像验证 : 从纸带上选取多个点 , 测量从第一个点到其余各点下落的高度 h , 并计算打下各点时重物的速度的二次方 v2, 然后以12v2为纵轴 , 以 h 为横轴 , 根据实验数据绘出12v2- h 图线 . 若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为 g 的直线 , 则说明实验过程中机械能守恒 . 考点互动探究 2 误差分析 (1)空气阻力及摩擦阻力的存在产生系统误差 :本实验中 ,由于重物和纸带在下落过程中要兊服空气阻力、打点计时器对纸带的摩擦阻力做功 ,因此动能的增加量Ek稍小于重力势能的减少量 Ep,即 EkEp. (3)打点计时器产生的误差 : 由于交流电周期的变化 ,引起打点时间间隔变化而产生误差 .当交流电的频率升高时 ,实际打点时间间隔小于理论时间间隔 ,导致测得的速度小于实际速度 ; 计数点选择丌好、振动片振动丌均匀戒纸带放置方法丌正确引起摩擦造成实验误差 .
