1、实验二验证机械能守恒定律实验二验证机械能守恒定律实验基础实验基础实验探究实验探究典例研习典例研习实验基础实验基础 解读实验解读实验萃取精华萃取精华一、数据处理一、数据处理1.1.公式法公式法实验探究实验探究 探寻结论探寻结论提升精度提升精度2.2.作图法作图法二、误差分析二、误差分析三、注意事项三、注意事项1.1.减小各种阻力的措施有减小各种阻力的措施有:(1)(1)安装时使打点计时器的限位孔与纸带处于同一竖直平面内安装时使打点计时器的限位孔与纸带处于同一竖直平面内.(2)(2)应选用质量和密度较大的重物应选用质量和密度较大的重物.2.2.使用打点计时器时使用打点计时器时,应先接通电源应先接通
2、电源,再松开纸带再松开纸带.3.3.由于不需要计算动能和重力势能的具体数值由于不需要计算动能和重力势能的具体数值,因而不需要测量重物的质量因而不需要测量重物的质量.4.4.不能用不能用v=gtv=gt或或v=v=计算速度计算速度.2gh类型一类型一 实验操作及误差分析实验操作及误差分析 典例研习典例研习 通法悟道通法悟道拓展思路拓展思路【典例典例1 1】(20162016北京卷北京卷,21,21)利用图利用图1 1装置做装置做“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”实验实验.(1)(1)为验证机械能是否守恒为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的需要比较重物下落过程中任意两点间
3、的()A.A.动能变化量与势能变化量动能变化量与势能变化量B.B.速度变化量和势能变化量速度变化量和势能变化量C.C.速度变化量和高度变化量速度变化量和高度变化量解析解析:(1)(1)重物下落过程中重物下落过程中,重力势能减少重力势能减少,动能增加动能增加,验证机械能守恒时应验证机械能守恒时应比较重物下落过程中任意两点间动能变化量与势能变化量大小是否相等比较重物下落过程中任意两点间动能变化量与势能变化量大小是否相等,选项选项A A正确正确.答案答案:(1)A(1)A(2)(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹含铁夹)、电磁打点计时器、导线及、电磁打点计时器、导线
4、及开关外开关外,在下列器材中在下列器材中,还必须使用的两种器材是还必须使用的两种器材是()A.A.交流电源交流电源B.B.刻度尺刻度尺C.C.天平天平(含砝码含砝码)答案答案:(2)AB(2)AB 解析解析:(2)(2)电磁打点计时器需要交流电源电磁打点计时器需要交流电源,测量纸带上点间的距离需要刻测量纸带上点间的距离需要刻度尺度尺,实验中无需知道重物的质量实验中无需知道重物的质量,故选故选A,B.A,B.(3)(3)实验中实验中,先接通电源先接通电源,再释放重物再释放重物,得到如图得到如图2 2所示的一条纸带所示的一条纸带.在纸带上在纸带上选取三个连续打出的点选取三个连续打出的点A,B,C,
5、A,B,C,测得它们到起始点测得它们到起始点O O的距离分别为的距离分别为h hA A,h,hB B,h,hC C.已知当地重力加速度为已知当地重力加速度为g,g,打点计时器打点的周期为打点计时器打点的周期为T.T.设重物的质量为设重物的质量为m.m.从从打打O O点到打点到打B B点的过程中点的过程中,重物的重力势能变化量重物的重力势能变化量EEp p=,动能变化动能变化量量EEk k=.(4)(4)大多数学生的实验结果显示大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量重力势能的减少量大于动能的增加量,原原因是因是()A.A.利用公式利用公式v=gtv=gt计算重物速度计算重物速
6、度B.B.利用公式利用公式v=v=计算重物速度计算重物速度C.C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响存在空气阻力和摩擦阻力的影响D.D.没有采用多次实验取平均值的方法没有采用多次实验取平均值的方法2gh解析解析:(4)(4)实验中由于重物下落不可避免受到阻力作用实验中由于重物下落不可避免受到阻力作用,因此减少的重力因此减少的重力势能大于重物获得的动能势能大于重物获得的动能,选项选项C C正确正确.答案答案:(4)C(4)C(5)(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒某同学想用下述方法研究机械能是否守恒,在纸带上选取多个计数点在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点测量它们到起始点O O的距离的距
7、离h,h,计算对应计数点的重物速度计算对应计数点的重物速度v,v,描绘描绘v v2 2-h-h图像图像,并做如下判断并做如下判断:若图像是一条过原点的直线若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒则重物下落过程中机械能守恒,请你分析论证该同学的判断依据是否正确请你分析论证该同学的判断依据是否正确.答案答案:(5)(5)见解析见解析思维总结思维总结 验证机械能守恒定律的实验中验证机械能守恒定律的实验中,没必要称量重物的质量没必要称量重物的质量;打点计打点计时器就是计时仪器时器就是计时仪器,不需要秒表不需要秒表.类型二类型二 实验数据的处理实验数据的处理 【典例典例2 2】“验证机械能守
8、恒定律验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法的实验采用重物自由下落的方法.(.(取取g=10 m/sg=10 m/s2 2)(1)(1)用公式用公式 mvmv2 2=mgh=mgh时时,对纸带上起点的要求是初速度为对纸带上起点的要求是初速度为,为达到为达到此目的此目的,所选择的纸带第一、二两点间距应接近所选择的纸带第一、二两点间距应接近.解析解析:(1)(1)要求初速度为要求初速度为0,0,所选纸带第一、第二两点间距接近所选纸带第一、第二两点间距接近2 mm.2 mm.答案答案:(1)0(1)02 mm2 mm12(2)(2)若实验中所用重锤质量若实验中所用重锤质量m=1 kg,m=
9、1 kg,打点纸带如图打点纸带如图(甲甲)所示所示,打点时间间隔打点时间间隔为为0.02 s,0.02 s,则记录则记录B B点时点时,重锤速度重锤速度vB=vB=,重锤的动能重锤的动能 =,从开始下落起至从开始下落起至B B点点,重锤的重力势能减少量是重锤的重力势能减少量是,因此可得出的结因此可得出的结论是论是 .答案答案:(2)0.59 m/s(2)0.59 m/s0.174 J0.174 J0.176 J0.176 J在实验误差允许的范围内在实验误差允许的范围内,重锤重锤动能的增加量等于势能的减少量动能的增加量等于势能的减少量 kBE答案答案:(3)C(3)C 规律方法规律方法 实验误差
10、分析实验误差分析 在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中的实验中,误差的一部分来自于空气阻力及误差的一部分来自于空气阻力及纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦,故重力势能的减少应等于动能增故重力势能的减少应等于动能增加量和克服阻力做功之和加量和克服阻力做功之和,所以此题在计算结果上肯定是重力势能减少所以此题在计算结果上肯定是重力势能减少得多得多,动能增加得少动能增加得少.类型三类型三 实验改进与创新实验改进与创新 【典例典例3 3】利用气垫导轨验证机械能守恒定律利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置示意图如图所示实验装置示意图如图所示.(1)(1)实
11、验步骤实验步骤:将气垫导轨放在水平桌面上将气垫导轨放在水平桌面上,桌面高度不低于桌面高度不低于1 m,1 m,将导轨调至水平将导轨调至水平.用游标卡尺测出挡光条的宽度用游标卡尺测出挡光条的宽度l=9.30 mml=9.30 mm由导轨标尺读出两光电门中心间的距离由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s=s=cm.cm.将滑块移至光电门将滑块移至光电门1 1左侧某处左侧某处,待砝码静止时待砝码静止时,释放滑块释放滑块,要求砝码落地前挡要求砝码落地前挡光条已通过光电门光条已通过光电门2.2.从数字计时器从数字计时器(图中未画出图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门上分别读出挡光条通过光电门1 1和光电
12、门和光电门2 2所用所用的时间的时间tt1 1和和tt2 2.用天平称出滑块和挡光条的总质量用天平称出滑块和挡光条的总质量M,M,再称出托盘和砝码的总质量再称出托盘和砝码的总质量m.m.解析解析:(1)(1)距离距离s=80.30 cm-20.30 cm=60.00 cm.s=80.30 cm-20.30 cm=60.00 cm.答案答案:(1)60.00(1)60.00(在在59.9659.9660.0460.04之间的之间的,也正确也正确)(2)(2)用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式.滑块通过光电门滑块通过光电门1 1和光电门和光电门
13、2 2时时,瞬时速度分别为瞬时速度分别为v v1 1=和和v v2 2=.当滑块通过光电门当滑块通过光电门1 1和光电门和光电门2 2时时,系统系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为的总动能分别为E Ek1k1=和和E Ek2k2=.在滑块从光电门在滑块从光电门1 1运动到光电门运动到光电门2 2的过程中的过程中,系统重力势能的减少量系统重力势能的减少量EEp p=(重力加速度为重力加速度为g).g).(3)(3)如果如果EEp p=,则可认为验证了机械能守恒定律则可认为验证了机械能守恒定律.解析解析:在滑块从光电门在滑块从光电门1 1运动到光电门运动到光电门2 2的过程中的过程中,系统重力势能的减系统重力势能的减少量少量EEp p=mgs.=mgs.(3)(3)如果在误差允许的范围内如果在误差允许的范围内EEp p=E=Ek2k2-E-Ek1k1,则可认为验证了机械能守恒则可认为验证了机械能守恒定律定律.答案答案:mgsmgs (3)E(3)Ek2k2-E-Ek1k1点击进入点击进入 课时训练课时训练
