2019年高考物理一轮复习第五章机械能及其守恒定律实验六验证机械能守恒定律学案.doc
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1、【 精品教育资源文库 】 实验六 验证机械能守恒定律 板块一 主干梳理 夯实基础 实验原理与操作 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 12mv2,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:做匀变速直线运动的纸带上某段位移中间时刻的瞬时速度等于这段位移之间的平均速度。 计算打 第 n个点速 度的方法:测出与 第 n个点相邻前后点间的距离 xn和 xn 1,由公式 vn xn
2、 xn 12T 或 vn hn 1 hn 12T算出,如图所示。 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 )。 实验步骤 1安装置:如图所示将检查、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 5 次实【 精品教育资源文库 】 验。 3选纸带:分两种情况说明 (1)用 12mv2n mghn验证时,应选点迹清晰,且 第 1、 2 两点间距离
3、小于或接近 2 mm 的纸带。若 第 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)用 12mv2B 12mv2A mg h 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 两点间的距离是否大于 2 mm 就无关紧要了,所以只要后面的点迹清晰就可选用。 数据处理与误差分析 数据处理 1测量计算 在起始点标上 0,在以后各计数点依次标上 1、 2、 3? ,用刻度尺测出对应下落高度 h1、 h2、 h3? 。 利用公式 vn hn 1 hn 12T 计
4、算出点 1、点 2、点 3、 ? 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 12v2n,如果在实验误差允许的条件下, ghn 12v2n,则验证了机械能守恒定律。 方法二:任取两点计算。 任取两点 A、 B 测出 hAB,算出 ghAB。 算出 12v2B 12v2A的值。 在实验误差允许的范围内,如果 ghAB 12v2B 12v2A,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 12v2为纵轴,以 h 为横轴,根据实验数据绘出 12
5、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 Ek Ep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。 2本实验的另一个误差来源于长度的测量,属偶然误差。减小误差的办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来减小误差。 3打点计时器产生的误差 (1)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; (2)读数点选择不好,振动片
6、振动不均匀,纸带放置方法不正确引起摩擦,造成实验误差。 注意事项 1打点计时器要稳定地固定在铁架台上,打点计时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向,以减小摩擦阻力。 【 精品教育资源文库 】 2重物要选用密度大、体积小的物体,这样可以减小空气阻 力的影响,从而减小实验误差。 3实验中,需保持提纸带的手不动,且保证纸带竖直,待接通电源,打点计时器工作稳定后,再松开纸带。 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 80 cm 之间。 5不需测出物体质量,只需验证 12v2n ghn即可。 6速度不能用 vn gtn或 vn
7、 2ghn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 vn gtn计算出的速度比实际值大,会得出机械能增加的结论,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 12gt2n或 hn v2n2g计算得到。 实验改进 1物体下落过程中通过某一位置的速度可以用光电计时器测出来,利用这种装置验证机械能守恒定律,能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差。 2本实验也可选用 12mv22 12mv21 mgh 来验证机械能是否守恒,这是回避起始点,在纸
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