实验：验证机械能守恒定律1

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1、实验：验证机械能守恒定律【重点难点解析】本实验重点是通过实验验证机械能守恒定律，难点是对机械能守恒条件的深入理解及本实验的原理、实验器材的选用和误差的分析.【命题趋势分析】本节实验主要考查学生对实验原理的理解，分析误差产生的原因.核心知识【基础知识精讲】1.实验目的学会用打点计时器验证机械能守恒定律的实验方法和技能.2.实验原理在物体自由下落的过程中，只有重力对物体做功，遵守机械能守恒定律，即重力势能的减少量等于动能的增加量.利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h，计算出即时速度υ，便可验证物体重力势能的减少量△Ep=mgh与物体的动能增加量△Ek=mυ2是否相

2、等，即验证gh是否等于υ2.3.实验注意事项(1)安装打点计时器时，必须使穿纸带的两个限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力.(2)接通电源前，穿过打点计时器的纸带应平展不卷曲，提纸带的手必须拿稳纸带，并使纸带保持竖直，从而不致人为地增大摩擦阻力，导致机械能损耗.(3)实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后才能松开纸带让垂锤下落，从而使纸带下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点.(4)选用纸带应尽量挑选第1、2两点间的距离接近2mm的纸带，以保让打第一个点时纸带的速度为零.(5)测量下落高度时，都必须从起点算起，不能搞错，选取的各个计数点要离起始

3、点适当远一些，以减小测量高度h值的相对误差.(6)因验证的是ghn,是否等于υ2n，不需要知道动能的具体数值，故无需测量重锤的质量m.4.实验误差由于重物和纸带在下落过程中要克服阻力(主要是打点纸带所受的阻力)做功，所以势能的减小量△Ep稍大于动能的增加量△Ek. 典型例题例1 在“验证机械能守恒定律”的实验中，有如下可供选择的实验器材：铁架台、打点计时器以及复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、电键.其中不必要的器材是           ；缺少的器材是           . 解析：不必要的器材是低压直流电源、天平、秒表；缺少的器材有低压交流电源、重锤、刻度尺

4、.因为此实验要利用重锤和纸带系统做自由落体运动来验证机械能守恒.实验中通过打点计时器记录重锤自由下落的运动情况，测量重物下落的高度h.和对应记录点的速度υn，通过计算mghn和mυ2n的值进行比较来验证机械能守恒定律.显然处理数据时，比较ghn和υ2n的值即可验证机械能守恒定律是否成立.因此不需要天平、秒表，但必须要有低压交流电源、重锤和刻度尺.因为打点计时器工作电源是低压交流电源而不是低压直流电源.例2 在“验证机械能守恒定律”的实验中： (1)打点计时器的放置要求是        ；开始打点记录时，应                 .(2)如果以υ2/2为纵轴，以h

5、为横轴，根据实验数据绘出的—h图线是                            ，该线的斜率是                         .解析：(1)打点计时器底板平面要竖直夹稳；先打开打点计时器，然后释放重锤，让它带着纸带自由下落.(2)通过坐标原点的一条倾斜直线，该线的斜率等于重力加速度.这是因为：(1)只有打点计时器竖直夹稳，才能保证限位孔与纸带运动方向相同，以减少纸带运动时和限位孔的摩擦.(2)若重锤做的是自由下落，应有mυ2=mgh 即υ2=g·h，由数学知识可知，和h成正比，绘出-h图线将是正比例函数图像，图线的斜率k=g. 例3 在验证机

6、械能守恒定律的实验中，有同学按以下步骤进行实验操作：A.用天平称出重锤和夹子的质量；B.固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器；C.松开纸带，接通电源，开始打点.并如此重复多次，以得到几条打点纸带；D.取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距离O点较近处选择几个连续计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值；E.测出各点到O点的距离，即得到重锤下落高度；F.计算出mghn和mυ2n，看两者是否相等.在以上步骤中，不必要的步骤是           ；有错误或不妥的步骤是           (填写代表字母)；更正情况是①  

7、         ，②           ，③           ，④           . 解析：本实验的目的是要验证机械能守恒定律，即比较重锤在下落过程中重力势能的减小量△Ep与动能的增加量△Ek是否相等，如果操作不当或错误，就会增大重锤和纸带所受阻力，导致机械能损耗过大，无法达到实验目的，为了保证实验成功和减少机械能损耗，在实验操作时应遵照注意事项，因此本题可对照实验注意事项和围绕减小误虑.因本实验是通过比较重力势能的减小量△Ep是否等于动能的增加量△Ek是否相等来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不