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单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高考调研,第五章 机械能,高三物理 (新课标版),第,*,页,第六单元 实验验证机械能守恒定律,解读实验的核心及要点,1实验目的,验证机械能守恒定律,2实验原理,机械能守恒的条件是：只有重力或弹力做功的物体系统内,动能和势能可以相互转化,而总的机械能保持不变在这个实验中,我们利用的是特殊情况(只受重力的自由落体运动)来验证机械能守恒,3实验器材,铁架台(含铁夹),打点计时器、重锤(带纸带夹)、纸带、复写纸、导线,毫米刻度尺,学生电源,4实验步骤,(1)将检查调整好的打点计时器竖直架稳在铁架台上,接好电路,(2)将纸带用夹子固定在重物上,并让纸带穿过打点计时器先用手提住,使重物在靠近打点计时器附近静止上图所示,(3)接通电源,松开纸带,让重物自由下落,(4)取下纸带,换上新纸带重复做几次,(5)选取1、2两点间距接近2 mm并且点迹清晰的纸带,(6)在挑选的纸带上,记下第一点的位置0,并在纸带上依次选取几个点1、2、3根据时间t内的平均速度等于该段时间中点t/2时刻的瞬时速度,测出点1到点3之间的距离除以20.02 s(纸带上任意两个相邻的点之间所表示的时间都是0.02 s)计算出平均速度就是2处的瞬时速度用这种方法计算出物体在打下点1、2、3时的瞬时速度v1、v2、v3,(7)用刻度尺测量纸带上从0到1、2、3之间的距离h1、h2、h3,这些距离就是在打下1、2、3时物体下降的高度,(8)把得到的数据填入下面的表格里,并计算各个对应的mv和mgh,看是否相等,从而得出结论.,一、引起误差的主要因素,(1)实验时,打点计时器应竖直地架稳,以便减小重物带着纸带下落时所受的阻力,(2)释放纸带的方法：让纸带夹紧处靠近打点计时器,先接通电源,再放纸带能使打出的第一个点清晰,(3)重锤质量大一些,体积小些,使摩擦阻力的相对误差减小,【例1】用(如实验原理图)所示的实验装置验证机械能守恒定律在下面所列举的该实验的几个操作步骤中,你认为没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是_(填字母代号),A按照图示的装置安装器件,B将电火花计时器接到学生电源的直流输出端上,C先放手让纸带和重物下落,再接通电源开关,D在打出的纸带上,依据打点的先后顺序选取连续的A、B、C、D四个适宜的点,通过测量计算得出B、C两点的速度vB、vC,并测出B、C两点的距离为h,【答案】,BC,二、瞬时速度的处理思想与方法,1瞬时速度的求解方法,做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度,等于该点前后相邻两点间的平均速度,2深刻理解速度计算方法的选取,其中第种方法,实际上已经默许了运动是自由落体运动你既然已经默许只有重力了,就成认了机械能守恒,那还验证什么,显然不是本实验的目的该方法不能用在该实验中,这一点也是一个易错点,第种方法也是首先成认这是一个自由落体运动由于各种摩擦阻力不可防止,所以实际下落加速度必将小于g,而下落高度是直接测量的,这样将得到动能的变化量大于重力势能的变化量的错误结论有阻力作用的情况下,动能的变化量应小于重力势能的变化量,这也是学生实验中的易错点,因此这种方法处理实验也是错误的,三、几个问题的处理,1质量的处理,本实验不需要知道动能和势能的具体数值,因此不需要用天平测出重物的质量m.有些教科书或教辅材料上涉及到“重物的质量用天平测出,这并不意味着必需测质量有了质量的具体数值,只是为了便于表述动能和势能的具体数值,【例2】验证机械能守恒定律的实验采用重物自由下落的方法,【例3】在利用打点计时器和重锤做“验证机械能守恒定律的实验时,以下说法正确的选项是(),A应选用质量较大的重锤,使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力,B重锤的质量必须测出才能完成验证实验,C处理数据时必须挑选第一、二两点间距离接近2 mm的纸带才能完成实验,D处理数据时可以避开纸带上初始的密集的几点,选择后面适宜的两点进行测算与验证,【解析】实验的条件是只有重力做功,因此纸带所受阻力相对重力而言越小,实验的相对误差越小由于是验证实验,不需要知道动能和势能的具体数值,因此不需要测出重物的质量m；高度只要不是从第一个点算起,利用Ekmgh也可以验证机械能守恒,【答案】AD,【学法指导】从以上两例可以看出,是否需要第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带,取决于题目的要求,如果题目要求高度从打第1个点量起的,这就要求必须选用第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带如果验证的是纸带中的某一段中动能的变化量和重力势能的变化量的关系,则不需第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带,一、新情境下的探究能力的培养,【例1】,如右图所示,用包有白纸的质量为1.00 kg的圆柱棒替代纸带和重物,蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之匀速转动,使之替代打点计时器当烧断悬挂圆柱棒的线后,圆柱棒竖直自由下落,毛笔就在圆柱棒面的纸上画出记号,如下图,设毛笔接触棒时不影响棒的运动,测得记号之间的距离依次为26.0 mm、50.0 mm、74.0 mm、98.0 mm、122.0 mm、146.0 mm.已知电动机铭牌上标有“1 200 r/min的字样,由此验证机械能守恒定律根据以上内容可得：,(1)毛笔画出的相邻两条线的时间间隔T_s.,(2)根据上图所给的数据,可知毛笔画下记号3时,圆柱棒下落的速度v3_m/s；画下记号6时,圆柱棒下落的速度v6_m/s；记号3、6之间棒的动能变化量为_J,重力势能的变化量为_J,由此得出的结论是_.,(g取9.8 m/s2,且结果保存三位有效数字),【解析】此题是变形的打点计时器,电动机匀速转动一周在白纸上留下记号,这恰是另类“打点计时器其他问题的处理就是常规的机械能守恒的问题了,故只需求出电动机转动的周期,即可把此题转化为纸带数据的处理问题由匀变速直线运动平均速度与时间中点的瞬时速度相等可求出瞬时速度,【答案】(1)0.05,(2)1.242.682.822.88在误差允许范围内,圆柱棒的机械能守恒,二、双物体为背景的机械能守恒的考查,利用双物体为背景进行机械能守恒考查,是近些年在机械能守恒方面考查的一个新动向,请考生们注意这一考查动向,熟练掌握常见的双物体机械能守恒的一些情景,是应对这一考查的有效途径,【例2】,如下图,两个质量各为m1和m2的小物块A和B,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m1m2,现要利用此装置验证机械能守恒定律,(1)假设选定物块A从静止开始下落的过程进行测量,则需要测量的物理量有_(在横线上填入选项前的编号),物块的质量m1、m2；,物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；,物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；,绳子的长度,(2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出以下建议：,绳的质量要轻；,在“轻质绳的前提下,绳子越长越好；,尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要摇晃；,两个物块的质量之差要尽可能小,以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_(在横线上填入选项前的编号),(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：_.,【解析】(1)通过连接在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律,即验证系统的势能变化与动能变化是否相等,A、B连接在一起,A下降的距离一定等于B上升的距离；A、B的速度大小总是相等的,故不需要测量绳子的长度和B上升的距离及时间,只需要知道或之一即可,(2)如果绳子质量不能忽略,则A、B组成的系统势能将有一局部转化为绳子的动能,从而为验证机械能守恒定律带来误差；假设物块摇摆,则两物体的速度有差异,为计算系统的动能带来误差；绳子长度和两个物块质量差应适当,(3)屡次测量取平均值可减小测量误差,绳子伸长量尽量小,可提高测量高度的准确度(或：实验过程中,滑轮也会转动,其能量同样来源于A、B组成的系统,故应减小滑轮的质量),【答案】(1)或(2),(3)对同一高度进行屡次测量取平均值；或选取受力后相对伸长量尽量小的绳(或尽量减小滑轮的质量、对滑轮转动轴进行润滑、选择质量相对较大的物块A、B等),
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