高考物理实验 实验六 验证机械能守恒定律

高考物理实验 实验六 验证机械能守恒定律内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (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 能的增加量为 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12恒定律。 (2)计算打第 n 个点时速度的方法：如图实61 所示，由公式可得第 n 个点的速度。 1 121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 )。 图实62(1)仪器安装：按图实62 所示将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 2、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，让重物带着纸光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址。 更换纸带重复做 35 次实验。 (3)选纸带：分两种情况说明如果根据 证时，应选点迹清晰，打点成一条直线，且 1、2 两点间距12离小于或接近 2 纸带。 如果根据 证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择12 2B 12 2样纸带上打出的第 1、2 两点间的距离是否为 2 无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用。 方法一：利用起始点和第 n 点计算代入 如果在实验误差允许的条件下 等，则验证了机械12 2n 12 2法二：任取两点计算( 3、1)任取两点 A、B 测出 出 2)算出 值。 12 2B 12 2A(3)在实验误差允许的条件下，若 立，则验证了机械能守恒定12 2B 12 2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 后以 纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据绘出 v2h 图线。 若在误差允许的12 12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。 (1)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)重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体以减小空气阻力的影响。 (3)应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落 4、。 (4)纸带长度选用 60 右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量。 (5)速度不能用 vngt n或 计算，因为只要认为加速度为 g，机械能当然守恒，2且用 vngt 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，所以速度应从纸带光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址。 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 计算得到。 12 2n )偶然误差：测量两点之间的距离时由于测量人员读数等偶然因素造成的误差。 减小偶然误差的方法，一是测下落距离时都从起始计数点量起，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 5、力做功，故动能的增加量定稍小于势能的减少量 Epn。 改进办法：调整器材的安装，尽可能12 2选用密度较大的重物。 图实63方案 1如图实63 所示，用光滑斜面和小车验证机械能守恒定律，在打出的小车拖动的纸带上取两点 A、B，求出它的速度 vA、v B，测出斜面的高 h、长 L 及 间的距离 需要验证关系式 v v 成立，即可验证小车沿光滑斜面下滑的过程中机械能是22B 12 2实64方案 2如图实64 所示，用斜槽、金属球等验证钢球从斜槽滚下过程中的机械能守恒，让钢球从斜槽某高度处同一点 A 从静止开始释放钢球多次，找出平均落地点 P，测量 A 点到桌面的高度 口到 O 点的高度 点到 P 点距 6、离 x。 由平抛知识，xv 0t，h 2 平抛速度 v0x ，以桌面为零势能面，则 A 点的重力势能12 ，抛出点的动能 若 k，得 只要 h1x 2/4械能12 20光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址。 方案 3利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图实65 所示，从与光电门连接的数字计时器上读出挡光条通过光电门 1 和光电门 2 的时间 天平测量出滑块和挡光条的总质量 M 及托盘和砝码的总质量 m，用刻度尺测量出挡光条宽度 l，从导轮尺上读出两光电门之间的距离 L，则滑块通过光电门 1、2 时系统的总动能分别为(mM )( )2，E (mM )( )2，而系统重力势能的减少量 7、Ep果12 2 验证了机械能守恒定律。 图实65实验原理和操作例 1利用如图实66 所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 v 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：图实66a用刻度尺测出物体下落的高度 h，并测出下落时间 t，通过 v算出瞬时速度v。 b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 v。 2据做匀变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光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ，测算出瞬时速度 v，并通过 h 计算出高度 h。 刻度尺测出物体下落的高度 h，根据做匀变速 8、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 v。 以上方案中只有一种正确，正确的是_。 (填入相应的字母)解析a、b、c 三个方案中运用 vv 以及 h 计算，均使用了机械能守2 a、b、c 错误， d 正确。 答案 2(2012如皋统考)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点。 如图实67 所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O 为第一个点( 速度恰好为零 )，每两个计数点之间还有四个点未画出，选连续的 3 个计数点 A、B、C 作为测量的点，如图所示，经测量知道A、B 、C 各点到 O 点的距离分别为 s 9、打一次点，当地的重力加速度 gm/s 2。 图实67根据以上数据，可计算出打 B 点时的速度 _ m/s；重物由 O 点运动到 B 点，重力势能减少了_J，动能增加了_J。 根据所测量的数据，还可以求出物体实际下落的加速度为_ m/体在从 A 到 B 下落的过程中所受到的平均阻力为_ N(计算结果都要保留 3 位有效数字 )，该阻力的来源主要有：_；_。 解析由于每两个相邻计数点之间还有 4 个点没有画出，所以每两个相邻计数点之间的时间间隔为 0.1 s，同时可求得： m/sm/C 10 22 点运动到 B 点下落的距离为： h 根据求得的 B 点速度可得重物由 O 点运动到 B 点动能增加了 J1 10、2 2B 12由 x m/m/s 2C 2根据牛顿第二定律得：Ff 到 B 下落的过程中所受到的平均阻力为mg 该阻力的主要来源有重物受到的空气阻力、纸带与限位孔之间的摩擦力等力的作用。 答案物受到的空气阻力 纸带与限位孔之间的摩擦力同类实验的拓展与创新例 3(2011海南高考)现要通过实验验证机械能守恒定律。 实验装置如图实68所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上 A 点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为 M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为 m 的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上的 B 点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间 t，用 d 表示 A 点到 11、导轨低端 C 点的距离，h 表示 A 与 C 的高度差， b 表示遮光片的宽度， B 两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过 B 点时的瞬时速度。 用 g 表示重力加速度。 完成下列填空和作图：图实68(1)若将滑块自 A 点由静止释放，则在滑轮从 A 运动至 B 的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减少量可表示为_。 动能的增加量可表示为_。 若在运动过程中机械能守恒， 与 s 的关系式为 _。 1)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点( A 点)下滑，测量相应的 s 与 t 值，结果如下表所示：光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (m) s) 04s2 ) s 为横坐标， 为纵坐标，在图实 69 所示的坐标纸中描出第 1 到第 5 个数据点；1 个数据点作直线，求得该直线的斜率 k_10 4 m1 s2 (保留 3 位有效数字)。 图实69由测得的 h、d、b、M 和 m 数值可以计算出 s 直线的斜率 k 和 行比较，1可认为此试验验证了机械能守恒定律。 解析(1)将滑块自 A 点由静止释放，则在滑块从 A 运动至 B 的过程中，下落的高度设为 几何关系得： ，解得：h AB。