2011高考物理 名師1號系列復習 驗證機械能守恒定律教案

1、實驗六驗證機械能守恒定律第一關(guān)：基礎(chǔ)關(guān)展望高考基 礎(chǔ) 知 識（一）實驗目的驗證機械能守恒定律.（二）實驗原理只有重力做功的自由落體運動遵守機械能守恒定律，即物體的重力勢能的減小量等于動能的增加量.利用打點計時器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h，計算出瞬時速度v，即可驗證物體在自由下落過程中，重力勢能的減小量Ep=mgh與物體動能的增加量Ek=mv2相等.測定各點的瞬時速度的方法是，物體做勻變速直線運動在某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度.（三）實驗器材鐵架臺（帶鐵夾）、電磁打點計時器、重錘（帶紙帶的夾子）、紙帶、復寫紙片、導線、刻度尺、低壓交流電源.（四）實驗步驟（1）按下圖裝置把打

2、點計時器固定在支架上，并用導線將打點計時器接在46 V的交流電源上. （2）將大約0.5 m長的紙帶用小夾子固定在重錘上后穿過打點計時器，用手提著紙帶，使重物靜止在靠近打點計時器的地方.（3）接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打下一系列的點.（4）換上新的紙帶，重做幾次上面的實驗.（5）在取下的紙帶中挑選第一、第二兩點間距離接近2 mm且點跡清楚的紙帶進行測量.先記下第一點O的位置，再任意取幾個連續(xù)點1、2、3、4、5，用刻度尺測出距O點的相應的下落高度h1、h2、h3等.如圖所示. （6）用公式vn=計算出各點對應的瞬時速度v1，v2，v3，（7）計算各點對應的重力勢能減小

3、量mghn和動能增加量mvn2進行比較.第二關(guān)：技法關(guān)解讀高考解 題 技 法一、實驗注意事項技法講解1.安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以減少重物帶著紙帶下落時所受到的阻礙作用.2.實驗時，應先接通電源，待打點計時器工作正常后再松開紙帶讓重物下落.3.紙帶的選取：第一個點為計時起點，起點速度為零.即選擇第一、二兩點間距離接近2 mm且點跡清晰的紙帶進行測量.4.不需要測出物體的質(zhì)量，只需要驗證vn2/2=ghn就行了.典例剖析例1在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，需要特別注意的有（）A.稱出重錘的質(zhì)量B.手提紙帶，先接通電源再松開紙帶讓重物落下C.取下紙帶，可不考慮前

4、面較密集的點，選某個清晰的點作為起始運動點處理紙帶，驗證mgh=mv2公式D.必須選取第1、2點間距離接近2 mm的紙帶，從第1點起處理紙帶，驗證mgh=mv2解析：由于本實驗利用mgh=mv2來驗證機械能守恒定律，兩邊質(zhì)量能約掉，故不需測質(zhì)量，A項錯.實驗時要先接通電源后松開紙帶，保證打第一個點時紙帶速度為零，B項對.由h=gt2=×9.8×（0.02）2 m=0.002 m=2 mm，紙帶第一、二兩點間的距離接近2 mm，意味著紙帶是在打第一個點的瞬間開始下落的，D項正確C項錯.答案：D二、誤差的來源及分析技法講解1.本實驗中因重物和紙帶在下落的過程中要克服阻力做功，故

5、動能的增加量Ek一定略小于重力勢能的減少量，這是不可避免的，屬于系統(tǒng)誤差.改進的辦法只能調(diào)整器材的安裝，盡可能地減少阻力.2.本實驗的另一誤差來源于長度的測量，屬于偶然誤差.可以通過改進長度測定方法，把每個計數(shù)點的位置均以測定到第一個點的距離來確定或者多次測量取平均值來減小誤差.典例剖析例2下列關(guān)于“驗證機械能守恒定律”實驗的實驗誤差的說法中，正確的是（）A.重錘質(zhì)量的稱量不準會造成較大誤差B.重錘質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C.重錘質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差D.紙帶下落和打點不能同步會造成較大誤差解析：在“驗證機械能守恒定律”實驗中，只需比較ghn與vn2/2的值即可驗證機械能守恒定

6、律是否成立，與重錘質(zhì)量無關(guān)，因此，選項A錯誤.若將重錘質(zhì)量選得大些，則在重錘下落過程中，空氣阻力可忽略不計，有利于減小誤差，所以，選項B正確，選項C錯誤.紙帶下落與打點不同步紙帶先下落而后打點.此時，紙帶上最初兩點的點跡間隔較正常時略大，用此紙帶進行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)果是重錘在打第一個點時就有了初動能，因此重錘動能的增量比重錘重力勢能的減少量大.打點穩(wěn)定后再松開紙帶讓重綞下落是正規(guī)操作.選B.答案：B第三關(guān)：訓練關(guān)笑對高考隨 堂 訓 練1.利用重錘下落驗證機械能守恒定律的實驗中，下面敘述正確的是（）A.應該用天平稱出物體的質(zhì)量B.應該選用點跡清晰，特別是第一點沒有拉成長條的紙帶C.操作時應在接通電

7、源的同時放開紙帶D.打點計時器應接在電壓為46 V的直流電源上答案：B2.在驗證機械能守恒定律實驗中：(1)研究對象是自由落體的重物，除下述器材：鐵架臺、打點計時器、紙帶、重物、夾子外，還要用下列器材_.(2)做此實驗時，有同學按以下步驟進行：固定好打點計時器，將連有重物的紙帶穿過限位孔，用手提住，讓手盡量靠近打點計時器.松開紙帶，接通電源，開始打點，并如此重復幾次，取得幾條打點紙帶.取下紙帶，挑選點跡清楚的紙帶，記下起始點O點，在離O點較近處選擇幾個連續(xù)記數(shù)點(或計時點)并計算出各點的速度值.測出各點距O點的距離，即為下落高度.用天平稱出物體的質(zhì)量.計算出mghn和mv，看是否相等.在上述步

8、驟中，多余的是_，有錯誤并給予更正：a_,B_,c_,d_.(3)選擇紙帶的要求是_，_，_.(4)實驗中得到一條紙帶，如圖所示，當打點計時器打點c時，物體的動能表達式為_，物體勢能減少的表達式為_.若等式成立_，則驗證了機械能守恒定律. 答案：(1)刻度尺，低壓交流電源、電鍵等. (2);第步：“讓手盡量靠近”應改為“讓重物盡量靠近”；第步應先接通電源，后松開紙帶；第步“在離O點較近處”應改為“在離O點較遠處”，第步應改為“ghn和vn2” (3)點跡清晰；第1、2點間相距為2 mm；無漏點 (4) m()2，mgS3，gS3= ()23.實驗裝置如圖所示，其結(jié)構(gòu)說明如下：A.實驗儀底座及水

9、平軌道，水平軌道部分長度為0.5 m. B.帶可讀取高度的圓弧軌道：顯示高度用于確定小球開始下落時的高度，并可直接讀出.C.可調(diào)高度支腳：通過螺母式的可調(diào)支腳，調(diào)節(jié)水平軌道的水平程度.D.開關(guān)：用于打開計時器電源.E.開始計時觸發(fā)鍵：小鐵球在圓弧軌道最低點觸發(fā)此鍵，計時器開始計時.F.結(jié)束計時觸發(fā)鍵：小鐵球在水平軌道的末端觸發(fā)此鍵，結(jié)束計時器計時.G.復位鍵：用于時間的清零，可再次實驗.H.計時顯示屏：顯示小鐵球從水平軌道左端運動到右端所用時間.I.小球. (1)本實驗演示儀利用的是一個質(zhì)量為m的小球在沿光滑的圓弧軌道下滑過程來驗證機械能守恒定律，若機械能守恒，則在它到達最低點應該滿足公式_，

10、我們只要證明這個式子成立（在誤差允許范圍內(nèi)），就可以驗證機械能守恒定律.(2)把小球放在圓弧軌道的某一位置，記下高度h，由靜止釋放，在下滑過程中到達軌道的最低點通過計時觸發(fā)鍵E時，觸發(fā)電子秒表開始計時，小球在水平軌道上做_運動.最后到達水平軌道的另一端，撞擊結(jié)束計時觸發(fā)鍵F，結(jié)束計時，并在顯示屏上顯示出小球從右端到左端所用時間t,再由已知的水平軌道長度L,利用，即可求得小球到達圓弧軌道底部時的速度v_.答案：(1)mgh=mv2(2)勻速直線v=4.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，質(zhì)量為m的重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶經(jīng)過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上點的痕跡進行測量，就可

11、驗證機械能守恒定律.（1）在某次實驗中得到的紙帶如圖所示，選取紙帶上打出的連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出A點距起點O的距離為s0，使用的交流電源的頻率為f，則打點計時器打C點時重錘的速度為_，打點計時器在打O點和C點的這段時間內(nèi)重錘的重力勢能的減少量為_.利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度，則加速度的表達式為a=_.（2）在實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是略大于重錘增加的動能，其原因主要是因為在重錘帶著紙帶下落的過程中存在著阻力的作用.若已知當?shù)刂亓铀俣鹊闹禐間，用第（1）小題給出的已知量表示重錘在下落過程中所受到的平均阻力的大小F=_.答案:（1）；mg（s0+s1）；（2）m

12、g-5.在用重錘下落來驗證機械能守恒時，某同學按照正確的操作選得紙帶如圖所示.其中O是起始點，A、B、C、D、E是打點計時器連續(xù)打下的5個點，打點頻率為50 Hz.該同學用毫米刻度尺測量O到A、B、C、D、E各點的距離，并記錄在圖中（單位：cm）（1）這五個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是（填A、B、C、D或E）點讀數(shù)_.（2）該同學用重錘在OC段的運動來驗證機械能守恒，OC距離用h來表示，他用vC=計算與C點對應的重錘的瞬時速度，得到動能的增加量，這種做法（填“對”或“不對”）_.（3）若O點到某計數(shù)點的距離用h表示，重力加速度為g，該點對應重錘的瞬時速度為v，則實驗中要驗證的等式為_.（4

13、）若重錘質(zhì)量m=2.00×10-1 kg，重力加速度g=9.80 m/s2，由圖中給出的數(shù)據(jù)，可得出從O點到打下D點，重錘重力勢能的減少量為_ J，而動能的增加量為_ J（均保留三位有效數(shù)字）.解析：毫米刻度尺的最小分度為1 mm，測量距離讀數(shù)時，應估讀下一位，若用厘米作單位應讀到小數(shù)點后兩位，故不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是B點讀數(shù).若按自由落體運動公式vC=計算C點對應的重錘的瞬時速度而得到動能的增加量，則無論在何種情況下機械能必守恒，這種做法是不對的.正確的做法是：用實驗數(shù)據(jù)計算某點重錘的瞬時速度v（紙帶的處理方法），若在實驗誤差允許的范圍內(nèi)重錘動能的增加量等于重錘重力勢能的減少量

14、，即Ek=mv2-0=Ep=mgh，即v2=gh，便證明了機械能是守恒的.本題中從O點到打下D點，重錘重力勢能的減少量為Ep=mghOD=2.00×10-1×9.8×0.194 1 J=0.380 J，用勻變速運動的公式可得到打D點時的速度vD= =×10-2 m/s2=1.94 m/s2,故動能的增加量為Ek=mvD2-0=×2.00×10-1×1.94 J=0.376 J.答案：（1）B（2）不對（3）=gh（4）0.3800.376點評：此題在實驗題中應屬于中等難度，前三問是基礎(chǔ)問題，最值得關(guān)注的是：對做勻變速直線運動

15、的物體通過對打點計時器留下的紙帶的處理.它綜合了運動學的有關(guān)問題，即會從實驗數(shù)據(jù)中用計算方法得到某點的瞬時速度，從而可獲得物體動能的增加量.6.在驗證“機械能守恒”實驗中，一同學進行如下操作：將打點計時器水平地固定在鐵架臺上將長約0.5 m的紙帶用小夾子固定在重物上后穿過打點計時器.用手提著紙帶，使重物靜止在靠近打點計時器的地方先松開紙帶，后接通電源，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打下一系列的點換幾條紙帶，重做上面的實驗在打出的紙帶中挑選第一、二兩點間距接近2 mm，且點跡清楚的紙帶進行測量，先記下O點的位置，依次再取四個計數(shù)點A、B、C、D.求出相應位置對應的速度及其下落的高度將測量數(shù)據(jù)及

16、計算結(jié)果填入自己設(shè)計的表格中根據(jù)以上測得數(shù)據(jù)計算相應的v2和ghn的值.驗證機械能守恒定律（1）以上操作有錯誤的是_；（2）實驗中選出一條紙帶如圖所示.其中O點為起始點，A、B、C、D為四個計數(shù)點，打點計時器所選用電源是頻率為50 Hz的交流電，用最小刻度為1 mm的刻度尺，測得OA=11.13 cm，OB=17.69 cm，OC=25.9 cm.這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字要求的是_,在計數(shù)點A和B之間，B和C之間各還有一個點，重錘的質(zhì)量為m=1.5 kg，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，當打點到B點時重錘的重力勢能比開始下落時減少了_，這時它的動能是_；（g取9.8 m/s2）（3）實驗中往往出現(xiàn)重錘的重力勢能減少量大于動能的增加量，其主要原因是_.解析：（1）中應將打點計時器豎直固定在鐵架臺上；中應改為先接通電源，再松開紙帶.（2）用最小刻度為1 mm的刻度尺測量長度時，應估讀一位，即讀到0.1 mm（0.01