2012屆高考一輪復(fù)習(xí)學(xué)案：5.9實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

1、第9課時(shí)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律基礎(chǔ)知識(shí)歸納1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證機(jī)械能守恒定律.2.實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(帶鐵夾)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，重錘(帶紙帶夾子)，紙帶數(shù)條，復(fù)寫(xiě)紙片，導(dǎo)線，毫米刻度尺，低壓交流電源.3.實(shí)驗(yàn)原理物體只在重力作用下做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體機(jī)械能守恒，即減少的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能.如果物體下落高度h時(shí)速度為v，則有mv2/2mgh.借助于打了點(diǎn)的紙帶測(cè)出物體下降的高度h和對(duì)應(yīng)的速度v，即可驗(yàn)證物體自由下落時(shí)機(jī)械能是否守恒.測(cè)定第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度的方法是：測(cè)出第n點(diǎn)前、后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離sn、sn1，由公式vn求出，如圖.4.實(shí)驗(yàn)步驟(1)在鐵架臺(tái)上安裝好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用導(dǎo)線接好打點(diǎn)計(jì)

2、時(shí)器與低壓交流電源.(2)將紙帶的一端固定在重錘的夾子上，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用豎直提起的紙帶使重錘靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近.(3)先接通電源，再放開(kāi)紙帶，讓重錘自由下落.(4)換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾次，得到幾條打好的紙帶.(5)選擇點(diǎn)跡清晰，且第一、二兩點(diǎn)間距離接近2 mm的紙帶，起始點(diǎn)標(biāo)O，依次確定幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、(6)用刻度尺測(cè)量下落高度h1、h2、h3、，計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度.(7)計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少量mghn和動(dòng)能增加量，進(jìn)行比較.重點(diǎn)難點(diǎn)突破一、注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝，兩紙帶限位孔必須在同一豎直線上，以減小摩擦阻力.2.實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須先接通電

3、源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后才松開(kāi)紙帶讓重錘下落.3.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須接50 Hz的低壓交流電源.4.手提紙帶上端時(shí)，注意不要晃動(dòng)，可使手臂靠在某處，保證重物下落的初速度為零，并且紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)是清晰的一個(gè)小點(diǎn).5.為減小測(cè)量h值的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些.紙帶也不宜過(guò)長(zhǎng)，約40 cm即可.6.本實(shí)驗(yàn)也可研究紙帶上的第4點(diǎn)和后面的某點(diǎn)n之間機(jī)械能是否守恒.這時(shí)需驗(yàn)證2 / 7mghn4mvmv.這樣做，可以避開(kāi)第一點(diǎn)，至于第一點(diǎn)的點(diǎn)跡是否清晰，第1、2兩點(diǎn)間的距離是否接近2 mm便無(wú)關(guān)緊要了.實(shí)驗(yàn)中的任何清晰的紙帶都可以用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒.二、誤差分析1.本實(shí)驗(yàn)的誤差主要

4、來(lái)源于紙帶數(shù)據(jù)的處理，及點(diǎn)與點(diǎn)測(cè)量的讀數(shù)上的誤差和各種阻力產(chǎn)生的誤差.還有必須先接通電源后放開(kāi)紙帶.2.實(shí)驗(yàn)上重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力做功，所以動(dòng)能的增加量要小于勢(shì)能的減少量.3.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，如果以v2為縱軸，h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的v2-h圖線應(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的直線，才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.v2-h圖線的斜率等于g的數(shù)值.典例精析1.實(shí)驗(yàn)方法【例1】下面列出一些實(shí)驗(yàn)步驟：A.用天平測(cè)出重物和夾子的質(zhì)量；B.將重物系在夾子上；C.將紙帶穿過(guò)計(jì)時(shí)器，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子.再把紙帶向上拉，讓夾子靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；D.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在學(xué)生電源交流輸出端，把輸出電壓調(diào)至6

5、V(電源不接通、交流)；E.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定放在桌邊的鐵架臺(tái)上，使兩個(gè)限位孔在同一豎直線上；F.在紙帶上選取幾個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)量和記錄數(shù)據(jù)；G.用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間；H.接通電源，待計(jì)時(shí)器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶；I.切斷電源；J.更換紙帶，重新進(jìn)行兩次；K.在三條紙帶中選出較好的一條；L.進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；M.拆下導(dǎo)線，整理器材.以上步驟，不必要的有，正確步驟的合理順序是.【答案】AG；EDBCHIJIMKFL【思維提升】本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證mv2mgh，則只需驗(yàn)證v2gh即可，無(wú)需測(cè)量質(zhì)量.【拓展1】關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的下列說(shuō)法中，正確的是( D )A.選用重物時(shí)，重的比輕的好

6、B.選用重物時(shí)，體積大的比小的好C.選定重物后，要稱出它的質(zhì)量D.重物所受的重力，應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它受的空氣阻力和紙帶受到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力【解析】在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒.本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選重物的重力遠(yuǎn)大于它受的空氣阻力和紙帶受到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力.即選擇質(zhì)量大體積小的物體，故D正確.2.實(shí)驗(yàn)原理的理解【例2】在用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖.其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn).該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量O到A、B、C各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中(單位：cm).(1)這三個(gè)數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是，應(yīng)記作

7、cm.(2)該同學(xué)用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，他用AC段的平均速度作為跟B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物體的瞬時(shí)速度，則該段重錘重力勢(shì)能的減少量為 ，而動(dòng)能的增加量為 (均保留三位有效數(shù)字，重錘質(zhì)量用m表示).這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量 動(dòng)能的增加量，原因是 .(3)另一位同學(xué)根據(jù)同一條紙帶，同一組數(shù)據(jù)，也用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，不過(guò)他數(shù)了一下，從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)O數(shù)起，圖中的B是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第9個(gè)點(diǎn).因此他用vBgt計(jì)算跟B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物體的瞬時(shí)速度，得到動(dòng)能的增加量為 ，這樣驗(yàn)證時(shí)的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量 動(dòng)能的增

8、加量，原因是 .【答案】(1)OC；15.70(2)1.22m；1.20m；大于；v是實(shí)際速度，因?yàn)橛心Σ辽鸁?，減少的重力勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(3)1.23m；小于；v是按照自由落體計(jì)算的，對(duì)應(yīng)的下落高度比實(shí)際測(cè)得的高度要大【思維提升】紙帶分析的關(guān)鍵是速度的計(jì)算不能用vgt，而要用vn.【拓展2】做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，紙帶上打出的點(diǎn)如圖所示，若重物的質(zhì)量為1 kg，圖中點(diǎn)O為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，則從起點(diǎn)O到打下點(diǎn)B的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能的減小量Ep0.49 J，重物的動(dòng)能的增加量Ek0.48 J.(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為0.02 s，g9.8 m/s2，小數(shù)點(diǎn)后面保留兩位)【解析】OB的過(guò)程中Epmg·OB1×9.8