《2015届高考物理一轮【实验探究】专题六：验证机械能守恒定律》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015届高考物理一轮【实验探究】专题六：验证机械能守恒定律（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验六 验证机械能守恒定律实验目的验证机械能守恒定律实验原理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 mgh，动能的增加量为 mv2，12看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恒定律2速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度 vt2t.计算打v第 n 个点瞬时速度的方法是：测出第 n 个点的相邻前后两段相等时间 T 内下落的距离 xn和 xn1，由公式 vn或 vn算出，如图 561 所示xnxn12Thn1hn12T图 561实验器材
2、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)注意事项1打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，以减小摩擦阻力2应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小3实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带4测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完5如果不测出物体质量时，只需验证 v ghn也可以验证机械能守恒定律12 2 n6速度不能用 vngtn或 vn计算，因为只要认为加速度为 g，机械能
3、当然守恒，即相当于2ghn用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用 vngtn计算出的速度比实际值大，会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，所以速度应从纸带上直接测量计算同样的道理，重物下落的高度 h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用 hn gt 或 hn计算得到122 nv2 n2g实验步骤1仪器安装按图 562 所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路图 5622打纸带将纸带的一端用夹子固定在重物上，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，让重物带着纸带自由下落更换纸带重复做 35次实验3选
4、纸带分两种情况说明(1)如果根据 mv2mgh 验证时，应选点迹清晰，打点成一条直线，且 1、2 两点间距离小于或接近122 mm 的纸带若 1、2 两点间的距离大于 2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的这样，第1 个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选(2)如果根据 mv mv mgh 验证时，由于重力势能的变化是绝对的，处理纸带时，选择适当122 B122 A的点为基准点，这样纸带上打出的第 1、2 两点间的距离是否为 2 mm 就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用4数据处理方法一：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条件下，mgh
5、n和122 nmv 相等，则验证了机械能守恒定律122 n方法二：任取两点计算(1)任取两点 A、B 测出 hAB，算出 mghAB.(2)算出 mv mv的值122 B122 A(3)在实验误差允许的条件下，若 mghAB mv mv成立，则验证了机械能守恒定律122 B122 A方法三：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 v2，然后以 v2为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据绘出 v2h 图线若在误差允许的范围内1212图线是一条过原点且斜率为 g 的直线，则验证机械能守恒定律误差分析1系统误差：本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服阻力做
6、功，故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量，这是不可避免的，属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力2偶然误差：本实验的另一误差来源于长度的测量，属于偶然误差减小误差的方法是测量物体的下落距离时，所选的距离尽可能大一些，或者多次测量取平均值实验数据的处理及误差分析(2014黄冈模拟)某实验小组利用图 563 甲装置做“验证机械能守恒定律”实验，图乙是她们选择的一条较理想的纸带，O 点是打点计时器打出的第一个点，计数点A、B、C、D、E、F 是纸带上相邻的点她们测出了各点与 O 点的距离 h 后做出了必要的计算，测量和计算的记录见下表(计数点的速度用 v 表示)甲 乙图 56
7、3计数点ABCDEFh(cm)6.939.4712.415.7119.4123.49v(m/s)1.161.371.561.751.952.14v2(m2/s2)1.351.882.433.064.054.58(1)测量某点与 O 点距离 h 的记录中不合理的一组是_(填写计数点名称)(2)计数点 D、E、F 与 O 点之间的距离分别用 hD、hE、hF表示，打点计时器的打点周期用 T 表示，则打下计数点 E 时纸带的速度 vE_(用符号表示)，重物运动的加速度 a_(用符号表示)图 564(3)该小组的同学在坐标纸上建立如图 564 所示坐标系，标出了各组测量数据的坐标点，并在坐标系中画出
8、v2h 图线由图线可以判断计数点_的测量误差较大(填写计数点名称)，据图线得到重力加速度 g测_m/s2(保留三位有效数字)(4)(多选)下列判断中正确的是( )A在误差允许的范围内，该实验小组达到了实验目的B该地的重力加速度比 g测偏大C她们实验操作过程中是先释放纸带然后再闭合打点计时器开关D实验过程中阻力引起的误差属于系统误差【解析】 (1)计数点 C(12.4)数据记录有误，没有估读(2)因匀变速直线运动中某段时间的平均速度等于中间时刻的瞬时速度；故 vE，据 xaT2用逐差法可求解加速度aDF2ThFhD2TxT2.(3)偏离直线较远的点 E 误差较大；EFDET2hFhEhEhDT2
9、由 mgh mv2可知 g，即图线的斜率的一半表示重力加速度 g 12v22h12v2 Dv2 AhDhAm/s29.74 m/s2.(4)应该先接通打点计时器电源再释放纸带，C 错由于 v2h3.061.35 1215.716.93 102图线是过原点的一条直线，说明 mgh mv2成立即达到了实验目的，A 对12因有阻力存在，则 g测偏小，B 对阻力不可避免，带来的误差属于系统误差，D 对【答案】 (1)C (2)，hFhD2ThFhEhEhDT2(3)E 点 9.709.78 m/s2 (4)ABD与机械能守恒有关的创新设计(2014西安模拟)某同学想测出济南当地的重力加速度 g，并验证
10、机械能守恒定律为了减小误差，他设计了一个实验如下：将一根长直铝棒用细线悬挂在空中(如图 565 甲所示)，在靠近铝棒下端的一侧固定电动机 M，使电动机转轴处于竖直方向，在转轴上水平固定一支特制笔 N，借助转动时的现象，将墨汁甩出形成一条细线调整笔的位置，使墨汁在棒上能清晰地留下墨线启动电动机待转速稳定后，用火烧断悬线，让铝棒自由下落，笔在铝棒上相应位置留下墨线甲 乙 丙图 565图乙是实验时在铝棒上所留下的墨线，将某条合适的墨线 A 作为起始线，此后每隔 4 条墨线取一条计数墨线，分别记作 B、C、D、E.将最小刻度为毫米的刻度尺的零刻度线对准 A，此时B、C、D、E 对应的刻度依次为 14.
11、68 cm,39.15 cm,73.41 cm,117.46 cm.已知电动机的转速为 3 000 r/min.求：(1)相邻的两条计数墨线对应的时间间隔为_s.(2)由实验测得济南当地的重力加速度为_m/s2.(结果保留三位有效数字)(3)该同学计算出划各条墨线时的速度 v，以为纵轴，以各条墨线到墨线 A 的距离 h 为横轴，描v22点连线，得出了如图丙所示的图象，据此图象_(填“能”或“不能”)验证机械能守恒定律，图线不过原点的原因是_【解析】 (1)由于电动机的转速为 3 000 r/min，则其频率为 50 Hz，故每隔 0.02 s 特制笔 N 便在铝棒上画一条墨线，又每隔 4 条墨
12、线取一条计数墨线，故相邻计数墨线间的时间是 0.1 s.(2)应用匀变速直线运动的推论 xaT2结合逐差法可得加速度为 9.79 m/s2.(3)铝棒下落过程中，只有重力做功，重力势能的减小等于动能的增加，即 mgh mv2，故图丙能12验证机械能守恒定律；图线不过原点是因为起始计数墨线 A 对应的速度不为 0.【答案】 (1)0.1 (2)9.79 (3)能 A 对应的速度不为零A 组 双基题组1(2014兰州一中模拟)在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知电磁打点计时器所用的电源的频率为 50 Hz，查得当地的重力加速度 g9.80 m/s2，测得所用的重物质量为 1.00 kg.实验中得
13、到一条点迹清晰的纸带(如图 566 所示)，把第一个点记为 O，另选连续的四个点A、B、C、D 作为测量的点，经测量知道 A、B、C、D 各点到 O 点的距离分别为 62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.图 566(1)根据以上数据，可知重物由 O 点运动到 C 点，重力势能的减少量等于_J，动能的增加量等于_J(取三位有效数字)(2)根据以上数据，可知重物下落时的实际加速度 a_m/s2，a_g(填“大于”或“小于”)，原因是_【解析】 (1)由题意知重物由 O 点运动至 C 点，下落的高度为 hC77.76 cm0.777 6 m，m1.00 kg，g9.
14、80 m/s2，所以重力势能的减少量为 EpmghC1.009.800.777 6 J7.62 J.重物经过 C 点时的速度 vCBD2TODOB2T又因为 T0.02 s、OD85.73 cm0.857 3 m、OB70.18 cm0.701 8 m所以 vC m/s3.89 m/s0.857 30.701 82 0.02故重物动能的增加量 Ek为Ek mv 1.003.892 J7.57 J.122 C12(2)根据 CDAB2aT2，CDODOC，ABOBOA，代入数据得 a9.75 m/s2g.实验中重物受空气阻力，纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力作用，导致 ag.【答案】 (1)7
15、.62 7.57 (2)9.75 小于 重物受空气阻力，纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力2.在用如图 567 所示的装置“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器在频率为 f 的交流电源上，从实验中打出的几条纸带中选出一条理想纸带，如图 568 所示，选取纸带上打出的连续4 个点 A、B、C、D，各点距起始点 O 的距离分别为 S0、S1、S2、S3，已知重锤的质量为 m，当地的重力加速度为 g，则：图 567(1)从打下起始点 O 到打下 C 点的过程中，重锤重力势能的减少量为 Ep 减_，重锤动能的增加量为 Ek 增_.(2)若 f50 Hz，且测出 s01.9 mm，s17.6 mm，s217.1 mm，s330.4 mm，可求出当地的重力加速度 g_m/s2.图 568【解析】 (1)重锤重力势能的减少量 Epmgs2.打 C 点时重锤的速度 vC，T
