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1、实验六 验证机械能守恒定律 误差分析 1 减小测量误差： 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 误差来源： 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 2m p 进 办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力 。 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 重物密度要大： 重 物应选用质量大、体积小、密度大的材料。 3 一先一后： 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 2 T，不能
2、用 2 计算 。 热点一 实验原理及数据处理 【 例 1】 在 进行 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验中： 图 1 (1)两实验小组同学分别采用了如图 1甲和乙所示的装置 ， 采用两种不同的实验方案进行实验 。 在图甲中 ， 下落物体应选择密度 _(选填 “ 大 ” 或“ 小 ” )的重物；在图乙中 ， 两个重物的质量关系是填 “ ” 、 “ ” 、 “ ” )； 采用图乙的方案进行实验 ， 还需要的实验器材有交流电源 ，刻度尺和 _； 比较两种实验方案 ， 你认为图 _(选填 “ 甲 ” 或“ 乙 ” )所示实验方案更合理 ， 理由是 _。 (2)有一同学采用了图甲所示的方案 ， 选出一条
3、纸带如图 2所示 ，其中 A、 B、 打点计时器通以50 在计数点 之间 、 之间还各有一个点 ，重物的质量为 0.5 .8 m/根据以上数据 ， 打 _ J， 这时它的动能是 _ J， 根据上面这两个数据你能得到的结论是：_。 (结果保留三位有效数字 ) 图 2 解析 (1) 为了减小空气阻力的影响，选择体积小、密度大的重物；在题图乙中， 以 两重物质量不等，分析系统损失的重力势能是否近似等于增加的动能时，两边质量不能约去，故需要天平测量两重物的质量。 题图乙中所示实验还受到细线与滑轮的阻力的影响，机械能损失较大，故题图甲所示实验方案较为合理。 ( 2) 重力势能减少量为 E p m g h
4、 ；打 B 点时重物的速度为 v B h h ，打 B 点时重 物的动能为 E 12m (h h )2 ，可见在误差允许的范围内，重物下落时机械能守恒。 答案 (1) 大 天平 甲 图乙中还受到细线与滑轮的阻力的影响 (2)误差允许的范围内 ，重物下落时机械能守恒 数据处理的方法 方法一： 用12m m g h 验证时，利用起始点和第 n 点计算。 方法二： 用12m 2m h 验证时，任取两点计算。 方法三： 图像法。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12 h 为横轴，根据实验数据绘出12h 图线。若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率
5、为 g 的直线，则验证了机械能守恒定律。 【 变式训练 】 1 (2014南京模拟 )某 实验小组在做 “ 验证机械能守恒定律 ”实验中 ， 提出了如图 3所示的甲 、 乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验 ， 乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验 。 图 3 (1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析 ， 最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案 ， 你认为该小组选择的方案是 _， 理由是 _。 (2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图 4所示 ， 相邻两点之间的时间间隔为 s， 请根据纸带计算出 _m/s(结果保留三位有效数字 )。 图 4 (3)该小组内同学们根据纸带算出了相
6、应点的速度 ， 作出 v2所示 ， 请根据图线计算出当地的重力加速度 g_m/果保留两位有效数字 )。 图 5 解析 ( 1) 甲，理由是：采用乙图实验时，由于小车和斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑过程中机械能不守恒，故乙图不能用来验证机械能守恒定律。 ( 2) vB m /s ； ( 3) 因为 m 12m 以 2 图线的斜率是 2 g ，可得 g 9.7 m /g 9.8 m / 答案 (1)甲 采用乙图实验时 ， 由于小车和斜面间存在摩擦力的作用 ， 且不能忽略 ， 所以小车在下滑过程中机械能不守恒 ， 故乙图不能用来验证机械能守恒定律 (2)3)点二 拓展创新实验 预
7、测高考命题视角 以本实验为背景 ， 通过改变实验条件 、 实验仪器设置题目 ，不脱离教材而又不拘泥教材 ， 体现开放性 、 探究性等特点 。 视角 1 实验器材的改进 由系统动能 、 重力势能的变化验证机械能守恒 ， 所用实验器材：光电门 、 气垫导轨 。 通过小球自由落体运动的闪光照片验证机械能守恒 。 视角 2 实验原理的迁移 【 例 2】 某 同学利用如图 6所示的装置来验证由小车与钩码组成的系统机械能守恒 图 6 (1)现提供如下器材： A 小车 B 钩码 C 一端带滑轮的长木板 D 细绳 E 电火花打点计时器 F 纸带 G 毫米刻度尺 H 游标卡尺 I 低压交流电源 J 220 实验
8、中不需要的器材是 _(填写器材前的字母 )， 还需要的器材是 _。 (2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响 ， 使验证结果尽可能准确 ， 则小车质量 _。 (3)小明和小军同学在做该实验时 ， 小明认为只要采用平衡摩擦力的方法将摩擦力平衡掉就可以了 ， 无须满足 (2)问中小车质量 而小军却否认小明的看法 ， 你认为小明的看法 _(选填 “ 正确 ” 或 “ 不正确 ” )， 理由是 _。 (4)两位同学统一观点后完成实验，得到一条纸带，去掉前面比较密集的点，选择点迹清晰且便于测量的连续 7个点 (标号为 0 6)，测出相关距离如图 7所示，要验证在第 2点与第 5点时系统的机械能相等，则应满
9、足关系式 _(设小车质量 M，钩码质量 m，打点周期为 T)。 图 7 解析 (1)实验不需要游标卡尺 ， 距离由刻度尺测量 ， 电火花计时器直接使用 220 不需要低压交流电源 ， 不需要的器材是 H、 I。 还需要天平测量钩码和小车的质量 。 (2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响 ， 使验证结果尽可能准确 ， 则小车质量 m， 这样能使摩擦力做的功相对少些 ， 以减小机械能的损失 。 (3)小明的看法不正确 ， 因为平衡摩擦力后 ， 摩擦力还做负功 ，系统机械能不守恒 。 (4) 利用匀变速直线运动的推论： v2， v5从第 2 点到第 5 点时系统的动能增加 12( M m )()21
10、2( M m )()2从第 2 点到第 5 点时系统的重力势能减小量： 应满足关系式 12( M m )()212( M m )()2答案 ( 1) H ， I 天 平 ( 2) M m ( 3) 不正确 因为平衡摩擦力后，摩擦力还做负功，系统机械能不 守恒 ( 4) d 5 d 2 ) 12( M m )(d 6 d 42 T)212( M m ) (d 3 d 12 T)2【 变式训练 】 2 某 同学利用如图 8所示的气垫导轨装置验证系统机械能守恒定律 。 在气垫导轨上安装了两光电门 1、 2， 滑块上固定一遮光条 ， 滑块用细线绕过轻质定滑轮与钩码相连 。 图 8 (1)实验时要调整气
11、垫导轨水平 。 不挂钩码和细线 ， 接通气源 ，如果滑块 _， 则表示气垫导轨调整至水平状态 。 (2)不挂钩码和细线 ， 接通气源 ， 滑块从轨道右端向左运动的过程中 ， 发现滑块通过光电门 1的时间小于通过光电门 2的时间 。 实施下列措施能够让导轨水平的是 _。 A 调节 B 调节 C 遮光条的宽度应适当大一些 D 滑块的质量增大一些 E 气源的供气量增大一些 (3)实验时，测出光电门 1、 2间的距离 L，遮光条的宽度 d，滑块和遮光条的总质量 M，钩码质量 m。由数字计时器读出遮光条通过光电门 1、 2的时间 系统机械能守恒成立的表达式是 _。 解析 滑块从轨道右端向左运动的过程中，发现滑块通过光电门 1 的时间小于通过光电门 2 的时间，说明滑块加速向左运动，导轨右端较高，能够让导轨水平的是：调节 Q 使轨道右端降低一些或调节 P 使轨道左端升高一些，选项 A 、 B 正确。根据机械能守恒定 律，系统重力势能减少量 m 该等于动能增加量 12( m M )(12( m M )(， 即 m 12( m M )(12( m M )(。 答案 ( 1) 能 在气垫导轨上静止或做匀速运动或滑块经两个光电门的时间相等 ( 2) ( 3) m 12( m M )()212( m M )()2
