(全国通)2014届高三物理复习能力提升 第5章 实验6 验证机械能守恒定律.docVIP

PAGE  PAGE 9 实验六　验证机械能守恒定律 考纲解读1.掌握验证机械能守恒定律的方法.2.会用图象法处理实验数据以达到验证目的． 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 通过实验，求出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、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(附铁夹)、导线两根． 4．实验步骤 (1)根据实验原理图安装仪器． (2)将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔． (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，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点． (4)从几条打下点的纸带中挑选出点迹清晰的纸带进行测量，ΔEk＝eq \f(1,2)mveq \o\al( 2,n)，ΔEp＝mgdn，vn＝eq \f(dn＋1－dn－1,2T) (5)计算对比ΔEp与ΔEk. 5．实验结论：在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒． 规律方法总结 1．误差分析：(1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值． (2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk＝eq \f(1,2)mveq \o\al( 2,n)必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力． 2．注意事项 (1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少摩擦阻力． (2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料． (3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落． (4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝eq \f(dn＋1－dn－1,2T)，不能用vn＝eq \r(2gdn)或vn＝gt来计算． 3．验证方案：方案一：利用起点和第n点：验证ghn＝eq \f(1,2)veq \o\al( 2,n). 方案二：任取较远两点A、B：验证ghAB＝eq \f(1,2)veq \o\al( 2,B)－eq \f(1,2)veq \o\al( 2,A). 考点一　对实验原理和实验步骤的考查 例1　利用图1实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的 转化问题． (1)实验操作步骤如下，请将步骤B补充完整： A．按实验要求安装好实验装置； B．使重物靠近打点计时器，接着先________，后________，打 点计时器在纸带上打下一系列的点； 图1 C．图2为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点．分别测出若干连续点A、B、C……与O点之间的距离h1、h2、h3……. 图2 (2)已知打点计时器的打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，结合实验中所测得的h1、h2、h3，可得重物下落到B点时的速度大小为______，纸带从O点下落到B点的过程中，重物增加的动能为______，减少的重力势能为______． (3)取打下O点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能E和重力势能Ep，建立坐标系，横轴表示h，纵轴表示Ek和Ep，根据以上数据在图3中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ.已求得图线Ⅰ斜率的绝对值k1＝2.94 J/m，请计算图线Ⅱ的斜率k2＝________ J/m(保留3位有效数字)．重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为________(用k1和k2表示)． 图3 (4)通过对k1和k2的比较分析，可得到的结论是(只要求写出一条)：___________________. 解析　(3)对图线Ⅰ：Ep＝－mgh，即k1＝mg，对图线Ⅱ：Ek＝(mg－Ff)h，即k2＝mg－Ff，所以Ff＝k1－k2，eq \f(Ff,mg)＝eq \f(k1－k2,mg)＝eq \f(k1－k2,k1). 答案　(1)接通电源　放开纸带　(2)eq \f(h3－h1,2T)　eq \f(m?h3－h1?2,8T2)　mgh2　(3)2.80(2.73～2.87均可)　eq \f(k1－k2,k1)(k1用mg表示也可)　(4)k2小于k1，动能的增量小于重力势能的减少量．(其他结论合理的也可) 考点二　对实验数据处理的考查 例2　用如图4所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒． m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对 纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图5给出 的是实