高一物理验证机械能守恒定律实验问题归纳粤教版知识精讲.docVIP

高一物理验证机械能守恒定律实验问题归纳粤教版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 验证机械能守恒定律实验问题归纳 二. 学习目标： 1、掌握机械能守恒定律的实验原理、实验步骤及误差分析。 2、深刻理解验证机械能守恒定律实验所涉及的习题类型及相关解法。 三. 考点地位： 机械能守恒定律是高中阶段实验问题的重点内容，从近几年高考试题实验题出题的特点来看，表现为一电学实验和一个非电学实验的组合，验证机械能守恒定律的实验是我们备考非电学实验的重点内容。 四. 知识体系： 1、实验目的： 验证机械能守恒定律。 2、实验原理 通过实验，分别求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量。若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律：。 3、实验器材 打点计时器及电源、纸带、复写纸片、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线。 4、实验步骤 （1）如图所示装置，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器。 （2）用手提着纸带，让重物静止地靠近打点计时器的地方，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点。 （3）从打出的几条纸带中挑选第一、二点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4……，并量出各点到O点的距离，计算相应的重力势能减少量。如图所示。 （4）测出一系列计数点到第一个点的距离，根据公式，计算物体在打下点1、2、……时的即时速度。计算相应的动能。 （5）比较与是否相等。 5、实验结论 在重力作用下，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能守恒。 即当，或时，机械能就守恒了，机械能守恒定律也就被验证了。 6、注意事项 （1）实验中打点计时器的安装，两限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力。 （2）实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后才能松开纸带让重锤下落。 （3）纸带上端要用手提着静止，这样可保证下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个A点。 （4）测量下落高度时，都必须从起点算起，为了减小测量h值的误差，选取的各个计数点要离起始点远些，纸带不宜过长，约60cm即可。 （5）实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，所以动能的增加量一定稍小于势能的减少量。 （6）因为是通过比较与mgh是否相等来验证机械能守恒定律的，故不需要测量重锤质量m。 （7）铁架台上固定打点计时器的夹子不可伸出太长，以防铁架台翻倒。 （8）选取纸带的原则 ①点迹清晰。 ②所打点呈一条直线且无漏点。 ③第1、2点间距接近2mm。 7、误差分析： （1）本实验的主要误差来源是：纸带与打点计时器间摩擦力的作用；测量时的测量误差；空气阻力产生的误差。 （2）本实验中的重力加速度g必须是当地的重力加速度，而不是纸带的加速度a。 （3）本实验中，大于，这是因为重物和纸带系统在运动过程中受摩擦力，机械能有一部分转化成了其他形式的能，故末状态机械能小于初状态机械能。 【典型例题】 问题1、实验方法及操作的规范性的问题： 例1. 在验证机械能守恒定律的实验中 （1）从下列器材中选出实验所必需的，其编号为____________。 A. 打点计时器（包括纸带）； B. 重物； C. 天平； D. 毫米刻度尺； E. 秒表； F. 运动小车 （2）打点计时器的安装放置要求为___________；开始打点计时的时候，应先_________，然后____________。 （3）实验中产生系统误差的原因主要是_________，使重物获得的动能往往__________。为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择____________。 （4）如果以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线是_________，该线的斜率等于____________。 解析：（1）选出的器材有：打点计时器（包括纸带），重物，毫米刻度尺，编号分别为：A、B、D。注意因，故m可约去，不需要用天平。 （2）打点计时器安装时，底板要竖直，这样才能使重物在自由落下时，受到的阻力较小。开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再放下重物，让它带着纸带一同落下。 （3）产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器时的摩擦阻力，使得重物获得的动能小于它所减少的重力势能。为减小误差，重物的质量应选大一些的。 （4）描绘出来的图线是一条通过坐标原点的倾斜直线，它的斜率即为重力加速度。 变式1. （2007·长春质检）用如图所示的实验装置来验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交变电流和直流电两种。