2024高考物理一轮复习第五章机械能及其守恒定律实验六验证机械能守恒定律学案.doc
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试验六验证机械能守恒定律
一、试验目的
验证机械能守恒定律。
二、试验原理
通过试验，求出做自由落体运动的物体重力势能的削减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。
三、试验器材
打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物(带夹子)、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线。
四、试验步骤
1．安装置：按试验原理图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。
2．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3～5次试验。
3．选纸带
(1)用mgh＝eq\f(1,2)mv2来验证，应选点迹清楚且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带。
(2)用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mgΔh验证时，只要A、B之间的点迹清楚即可选用。
五、试验结论
在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒。
六、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，用刻度尺一次将所打各点对应的下落高度测量完，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削减量ΔEp＝mghn，改进方法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力。
七、留意事项
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，以削减摩擦阻力。
2．应选用质量大、体积小、密度大的重物。
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．测重物下落的高度h应用刻度尺干脆测量，计算某时刻的瞬时速度时应用vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)，不能用vn＝eq\r(2ghn)或vn＝gt来计算。
热点一试验原理和试验操作
(2024·海南省新高考一模)某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。
试验步骤如下：
a．用电磁铁吸住一个小铁球，将光电门A固定在立柱上，光电门B固定在立柱上的另一位置，调整它们的位置使三者在一条直线内；
b．切断电磁铁电源，小铁球起先下落，数字计时器测出小铁球通过光电门A和光电门B的时间分别为tA、tB。
请回答下列问题：
(1)切断电磁铁电源之前，须要调整底座螺丝，使立柱________，以确保小铁球能通过两个光电门；
(2)试验中还须要测量的物理量是________(填选项前的字母)。
A．小铁球的质量m
B．小铁球的直径d
C．光电门A、B间的距离hAB
(3)小铁球经过光电门B时的速度可表示为________(用测量的物理量表示)。
(4)在误差允许范围内，若满意关系式________________________，即可验证机械能守恒(用测量的物理量和重力加速度g表示)。
[解析](1)切断电磁铁电源之前，须要调整底座螺丝，使立柱竖直，以确保小铁球能通过两个光电门；
(2)铁球通过光电门A、B的速度分别为
vA＝eq\f(d,tA)和vB＝eq\f(d,tB)
若从A到B机械能守恒，则eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mghAB
即veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)＝2ghAB，即eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,tB)))eq\s\up12(2)－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,tA)))eq\s\up12(2)＝2ghAB
则试验中还须要测量的物理量是小铁球的直径d以及光电门A、B间的距离hAB，故选BC；
(3)小铁球经过光电门B时的速度可表示为vB＝eq\f(d,tB)；
(4)在误差允许范围内，若满意关系式eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,tB)))eq\s\up12(2)－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,tA)))eq\s\up12(2)＝2ghAB，即可验证机械能守恒。
[答案](1)竖直(2)BC(3)vB＝eq\f(d,tB)
(4)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,tB)))eq\s\up12(2)－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,tA)))eq\s\up12(2)＝2ghAB
【对点练1】(2024·房山区第一次模拟)在“验证机械能守恒定