【物理】2020届一轮复习人教版第五章实验八验证机械能守恒定律学案

【物理】2020届一轮复习人教版第五章实验八验证机械能守恒定律学案

第五章 实验八验证机械能守恒定律 ‎[实验基础]‎ ‎[实验目的]‎ 验证机械能守恒定律。‎ ‎[实验原理]‎ 通过实验，求出做自由落体运动的物体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。‎ ‎[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。‎ ‎[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(3～5条)纸带。‎ ‎3．选纸带：分两种情况说明 ‎(1)若选第1点O到下落到某一点的过程，即用mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。‎ ‎(2)用mvB2－mvA2＝mgΔh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。‎ ‎[数据处理]‎ 方法一：利用起始点和第n点计算 代入mghn和mvn2，如果在实验误差允许的范围内，mghn和mvn2相等，则验证了机械能守恒定律。‎ 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mvB2－mvA2的值。‎ ‎(3)在实验误差允许的范围内，若mghAB＝mvB2－mvA2，则验证了机械能守恒定律。‎ 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。若在实验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。‎ ‎[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＝mvn2必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，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vn＝gt来计算。‎ ‎[演练考法]‎ ‎　(2016·4月浙江学考)(1)在下列学生实验中，需要用到打点计时器的实验有__________(多选)。‎ A．“探究求合力的方法”‎ B．“探究加速度与力、质量的关系”‎ C．“探究做功与物体速度变化的关系”‎ D．“探究作用力与反作用力的关系”‎ ‎(2)做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必须选取的器材是下图中的__________(多选)。‎ 某同学在实验过程中，①在重锤的正下方地面铺海绵；②调整打点计时器的两个限位孔连线为竖直；③重复多次实验。以上操作可减小实验误差的是________(多选)。‎ 解析：(1)探究加速度与力、质量的关系，探究做功与物体速度变化的关系分别需要利用打点计时器打点后的纸带求加速度和速度，B、C正确。‎ ‎(2)需要选取的器材是重锤和刻度尺，故选B、D；能减小实验误差的操作是②③。‎ 答案：(1)BC　(2)BD　②③‎