2022届高考物理一轮复习-第十七章-实验-第六节-验证机械能守恒定律学案-新人教版.doc
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1、2022届高考物理一轮复习 第十七章 实验 第六节 验证机械能守恒定律学案 新人教版2022届高考物理一轮复习 第十七章 实验 第六节 验证机械能守恒定律学案 新人教版年级:姓名:- 12 -第六节验证机械能守恒定律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(带铁夹)、导线两根。4实验步骤(1)安装器材:将打点计时器固定在铁架台上,用导线将打点计时器与低压电源相连。(2)打纸带用手竖直提起纸带,使重物停靠在打点
2、计时器下方附近,先接通电源,再松开纸带,让重物自由下落,打点计时器就在纸带上打出一系列的点,取下纸带,换上新的纸带重打几条(35条)纸带。(3)选纸带:分两种情况说明若选第1点O到下落到某一点的过程,即用mghmv2来验证,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带。用mvmvmgh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小于或接近2 mm就无关紧要了。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
3、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Ekmv必定稍小于重力势能的减少量Epmghn,改进办法是调整安装的器材,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,不能用vn或vngt来计算。3验证方案方案一:利用起始点和第n点计算代入mghn和mv,如果在实验误差允许的范围内,mghn和mv相等,
4、则验证了机械能守恒定律。方案二:任取两点计算(1)任取两点A、B,测出hAB,算出mghAB。(2)算出mvmv的值。(3)在实验误差允许的范围内,若mghABmvmv,则验证了机械能守恒定律。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h,并计算各点速度的平方v2,然后以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据作出v2h图线。若在误差允许的范围内图线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。例1某同学在应用打点计时器做验证机械能守恒定律实验中,获取一根纸带如图a所示,但测量发现0、1两点距离远大于2 mm,且0、1和1、2间有点漏打或没有显示出来,而其他所有打点
5、都是清晰完整的,现在该同学用刻度尺分别量出2、3、4、5、6、7六个点到0点的长度hi(i2、3、47),再分别计算得到3、4、5、6四个点的速度vi和v(i3、4、5、6),已知打点计时器打点周期为T。(1)该同学求6号点速度的计算式是:v6 _。(2)然后该同学将计算得到的四组(hi ,vi2 )数据在v2h坐标系中找到对应的坐标点,将四个点连接起来得到如图b所示的直线,请你回答:接下来他是如何判断重锤下落过程机械能守恒的?(说明理由)【解答】(1)根据运动学规律可以得到:v6。(2)根据机械能守恒定律,从0点到任意i点有得到:mv/2mv/2mghi,vv2ghi,v2h关系是一条直线,
6、斜率为2g,所以只要在直线上取相对较远两点,计算出斜率,与2g比较,在实验误差范围内相等即可。例2(1)在做“验证机械能守恒定律”的实验时,实验小组A不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了,剩下的一部分纸带上各点间的距离如图所示的数值。已知打点计时器的周期T0.02 s,重力加速度g9.8 m/s2;重锤的质量为m,已知s10.98 cm,s21.42 cm,s31.78 cm,则记录B点时重锤的动能EkB _ J(写计算式字母表示),记录C点时重锤的动能EkC0.32 mJ;重锤从B点到C点重力势能变化量是_ J,动能变化量是_ J。从而可以得出结论:_。(2)在验证机械能守恒定律的实验中
7、自由落下的重锤质量要大一些,这是为了减少_对实验的影响。实验中_ (选填“要”或“不要”)测定重锤的质量。实验小组C在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加,其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在阻力作用,因此想到可以通过该实验装置测阻力的大小。根据已知当地重力加速度公认的较准确的值为g, 电源的频率为f,又测量出物理量_。他们用这些物理量求出了重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F_(用字母表示)。【解答】(1)0.142m0.14m在实验误差范围内,只有重力做功时,物体的机械能守恒(2)空气阻力和打点计时器对纸带的阻力不要相邻的两点间的位移s1 、s2 、
8、s3、s4,重锤的质量mmgf21某同学在应用打点计时器做验证机械能守恒定律实验中,获取一根纸带如图a所示,但测量发现0、1两点距离远大于2 mm,且0、1和1、2间有点漏打或没有显示出来,而其他所有打点都是清晰完整的,现在该同学用刻度尺分别量出2、3、4、5、6、7六个点到0点的长度hi(i2、3、47),再分别计算得到3、4、5、6四个点的速度vi和v(i3、4、5、6),已知打点计时器打点周期为T。(1)该同学求6号点速度的计算式是:v6_。(2)然后该同学将计算得到的四组(hi ,vi2 )数据在v2h坐标系中找到对应的坐标点,将四个点连接起来得到如图b所示的直线,请你回答:接下来他是
9、如何判断重锤下落过程机械能守恒的?2利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v0和下落高度h。某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案。用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t,通过vgt计算出瞬时速度v0。用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v计算出瞬时速度。根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度,并通过计算出高度h。用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v0。以上方案中只有一种正确,正确的是
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