【备战】高考物理考前30天冲刺押题系列实验05验证机械能守恒定律【实验原理】1.在只有重力做功的条件下,物体的重力势能和动能可以相互转化,但总的机械能守恒。2.物体做自由落体运动,设物体的质量为m,下落h高度时的速度为v,则势能的减少量为,动能的增加量为。如果即,就验证了机械能守恒定律。3.速度的测量:做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度。计算打第n个点瞬时速度的方法是:测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离和,由公式或算出,如图所示。【实验步骤】1.将实验装置按要求装好(如图),将纸带固定在重物上,让纸带穿过电火花计时器。2.先用手提起纸带,使重物静止在靠近计时器的地方。3.接通电源,松开纸带,让重物自由下落,这样计数器就在纸带上打下一系列点。4.重复以上步骤,多做几次。5.从已打出的纸带中,选出第一、二点间的距离接近2mm并且点迹清晰的纸带进行测量。6.在挑选的纸带上,记下第一点的位置O,并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4、.…并量出各点到位置O的距离,这些距离就是物体运动到点1、2、3、4…、时下落的高度1234hhhh、、、、7.利用公式122vvv中分别求出物体在打下点2、3、4…、时瞬时速度1234vvvv、、、、8.把得到的数据填入表格,算出重物运动到点2、3、4…、减少的重力势能234mghmghmgh、、、再算出物体运动到点2、3、4…、增加的动能222234111222mvmvmv、、、,根据机械能守恒定律比较2212mv与2mgh,2312mv与3mgh,2412mv与4mgh…,结果是否一致。【数据处理】1.纸带的选取:选用纸带时应尽量挑选第1点点迹清晰且1、2两点之间距离接近2mm的纸带,这样一条纸带记录的运动才接近自由落体运动。2.纸带的处理:在第1点上标出O,并从稍靠后的某一点开始,依次标出1、2、3、4…并量出各点到位置O点的距离1234hhhh、、、、再利用公式112nnnhhvT计算出各点对应的瞬时速度1234vvvv、、、、计算各点对应的重力势能的减少量nmgh和动能的增加量212nmv,并进行比较看是否相等。也可以22v为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出22vh图象,若图象是过原点的直线,则可验证机械能守恒定律,其斜率等于g。数据处理的另一思路:选取点迹清晰的一条纸带,如图,选取B、M两个位置作为过程的开始和终结位置,量出BM之间距离BMh,求出B点速度12Bxvt,M点速度22Mxvt,比较重力势能的减少BMmgh与动能的增加221122MBmvmv是否相等,从而验证机械能是否守恒。【误差分析】1.实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功,故动能的增加量必定稍小于势能的减少量,这是属于系统误差,减少空气阻力影响产生的方法是:使纸带下挂的重物重力大些,且体积要小。2.打点计时器产生的误差:(1)由于交流电周期的变化,引起打点时间间隔变化而产生误差;(2)计数点选择不好;振动片振动不均匀;纸带放置方法不正确引起摩擦,造成实验误差;(3)打点时的阻力对纸带的运动性质有影响,这也属于系统误差。3.由于测长度带来的误差属偶然误差,减少办法是测距离时都应从O点量起,二是多测几次取平均值。【注意事项】1.安装打点计时器时,必须使两纸带限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力。2.实验时必须保持提起的纸带竖直,手不动,待接通电源,让打点计时器工作稳定后再松开纸带。3.为了增加实验的可靠性,可重复实验,还可以在一次下落中测量多个位置的速度,比较重物在这些位置上的动能与势能之和。4.因通过比较与是否相等来验证机械能守恒,故不需测重物质量。【高考突破】1.(9分)“”在验证机械能守恒定律的实验中,下列物理量中需要用工具测量的有();通过计算得到的有()A.重锤的质量B.重力加速度C.重锤下落的高度D.与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度2.(9分)在验证机械能守恒定律的实验中有关重锤质量,下列说法中正确的是()A.应选用密度和质量较大的重锤,使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力B.应选用质量较小的重锤,使重锤的惯性小一些,下落时更接近于自由落体运动C.不需要称量锤的质量D.必须称量...