5实验:验证机械能守恒定律;铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、交流
电源。;
1.安装置:将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,连接好电路。;;
方法一:利用起始点和第n个计数点
从起始点到第n个计数点,重力势能减少量为mghn,动能增加量为?m?,计算ghn和??,如果在
实验误差允许的范围内ghn=??,则机械能守恒定律得到验证。
方法二:任取两点A、B
从A点到B点,重力势能减少量为mghAB,动能增加量为?m?-?m?,计算ghAB和?,如果
在实验误差允许的范围内ghAB=??-??,则机械能守恒定律得到验证。
方法三:图像法
计算各计数点的?v2,以?v2为纵轴,以各计数点到第一个点的距离h为横轴,根据实验数据绘出;?v2-h图线。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守
恒定律。;
1.在进行长度测量时,测量及读数不准造成误差。
2.重物下落要克服阻力做功,部分机械能转化成内能,故动能的增加量ΔEk必定稍小于重力势
能的减少量ΔEp。
3.由于交流电的周期不稳定,造成打点时间间隔变化而产生误差。;知识辨析
1.实验中为什么要选密度和质量较大的重物做实验?
2.实验中能用vn=?或vn=gtn来计算速度吗?
3.本实验的几种验证方法中,需要测重物的质量吗?
4.处理实验数据时,物体重力势能的减少量总是比动能的增加量小一些吗?;一语破的
1.增大密度可以减小体积,使空气阻力减小;增大重力可以使阻力的影响相对减小。
2.不能。因为vn=?是根据机械能守恒定律列出的表达式mghn=?m?变形得出的,而vn=gtn
与vn=?是等效的,且我们的目的是验证机械能守恒定律,所以计算打第n个点时的速度不
能用vn=?或vn=gtn。
3.不需要。因为原理式中消除了重物的质量。
4.不是。物体重力势能的减少量总是比动能的增加量大一些,因为存在阻力。;方案一:利用气垫导轨和数字计时器研究沿斜面下滑物体的机械能
实验装置如图所示,把气垫导轨调成倾斜状态,让上方装有挡光片的滑块由导轨上端滑下。;(1)测动能的增加量ΔEk:测出滑块通过光电门G1和G2的时间Δt1和Δt2,可计算出它由G1到G2的
过程中动能的增加量ΔEk=?m?。
(2)测重力势能的减少量ΔEp:求出滑块由G1到G2的过程中重力势能的减少量ΔEp=mgΔh=mg;(1)测动能的增加量ΔEk:从与光电门连接的数字计时器上读出遮光条通过光电门1和光电门2
的时间Δt1、Δt2,用天平测量出滑块和遮光条的总质量M及托盘和砝码的总质量m,用刻度尺
测量出遮光条宽度l,则滑块通过光电门1、2时系统的总动能分别为Ek1=?(m+M)?,Ek2=?
(m+M)?,则滑块从光电门1到光电门2过程中系统动能的增量为ΔEk=Ek2-Ek1=?(m+M)
?。
(2)测重力势能的减少量ΔEp:从导轨标尺上读出两光电门之间的距离L,则滑块从光电门1到光
电门2过程中系统重力势能的减少量为ΔEp=mgL。
(3)实验结论:如果在误差允许的范围内ΔEp=ΔEk,则验证了机械能守恒定律。;方案三:结合平抛运动验证机械能守恒
如图所示,从斜槽某高度处固定点A由静止开始释放钢球,使钢球在末端水平飞出,重复多次,
找出平均落地点P。
?
(1)测动能的增加量ΔEk:测量斜槽末端到O点的高度h2,O点到P点的距离x。由平抛运动知识
可知x=v0t及h2=?gt2,得平抛初速度v0=x?,钢球在平抛运动起始点的动能Ek=?m?=?。
(2)测重力势能的减少量ΔEp:测量A点到斜槽末端所在水平面的高度h1,以斜槽末端为零势能
点,则钢球在A点的重力势能Ep=mgh1。;(3)实验结论:若Ep=Ek,即只要有h1=?,那么就验证了机械能守恒定律。;根据马达转速,可求出转动的周期,即相邻两记号间的时间间隔。根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,可求出在白纸上画出两个记号时圆柱棒的瞬时速度。判断动能
增加量和重力势能减少量在误差允许范围内是否相等,则可验证机械能守恒定律。;学科素养题型破;2.几种常见的功能关系;3.利用功能关系解题的步骤
(1)选定研究对象(系统),弄清外界与研究对象(或系统)之间的做功情况。
(2)分析系统内参与转化的能量的变化情况。
(3)由功能关系列出方程,解方程,分析所得的结果。;典例呈现
例题如图所示,水平面上固定有一理想弹簧发射装置,发射装置内壁光滑,A点为发射口所
在的位置,在竖直面内由内壁光滑的钢管弯成的“9”字形固定轨道在B点与水平面平滑相
接,钢管内径很小,“9”字全高H=1m,“9”字上半部分圆弧轨道半径R=0.1m【1】,圆弧为?
圆周,圆弧轨道与其下端相接的水平部分