驗證機(jī)械能守恒定律物理實驗
一. 教學(xué)內(nèi)容：驗證機(jī)械能守恒定律實驗問題歸納
二. 學(xué)習(xí)目標(biāo)：
1、掌握機(jī)械能守恒定律的實驗原理、實驗步驟及誤差分析。
2、驗證機(jī)械能守恒定律物理實驗：深刻理解驗證機(jī)械能守恒定律實驗所涉及的習(xí)題類型及相關(guān)解法。
三. 考點地位：
機(jī)械能守恒定律是高中階段實驗問題的重點內(nèi)容，從近幾年高考試題實驗題出題的特點來看，表現(xiàn)為一電學(xué)實驗和一個非電學(xué)實驗的組合，驗證機(jī)械能守恒定律的實驗是我們備考非電學(xué)實驗的重點內(nèi)容。
四. 知識體系：
1、實驗?zāi)康模?/p>
驗證機(jī)械能守恒定律。
2、實驗原理
通過實驗，分別求做自由落體運動物體的重力勢能的減少量和相應(yīng)過程動能的增加量。若二者相等，說明機(jī)械能守恒，從而驗證機(jī)械能守恒定律：
(3)從打出的幾條紙帶中挑選第一、二點間的距離接近2mm且點跡清晰的紙帶進(jìn)行測量，記下第一個點的位置O，并在紙帶上從任意點開始依次選取幾個點1、2、3、4，并量出各點到O點的距離
，計算相應(yīng)的重力勢能減少量
(4)測出一系列計數(shù)點到第一個點的距離
，根據(jù)公式
。
(5)比較
是否相等。
5、實驗結(jié)論
在重力作用下，物體的重力勢能和動能可以互相轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能守恒。
例1. 在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中
(1)從下列器材中選出實驗所必需的，其編號為____________。
A. 打點計時器(包括紙帶); B. 重物;
C. 天平; D. 毫米刻度尺;
E. 秒表; F. 運動小車
(2)打點計時器的安裝放置要求為___________;開始打點計時的時候，應(yīng)先_________，然后____________。
(3)實驗中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因主要是_________，使重物獲得的動能往往__________。為減小誤差，懸掛在紙帶下的重物應(yīng)選擇____________。
(4)如果以
圖線是_________，該線的斜率等于____________。
解析：(1)選出的器材有：打點計時器(包括紙帶)，重物，毫米刻度尺，編號分別為：A、B、D。注意因
，故m可約去，不需要用天平。
(2)打點計時器安裝時，底板要豎直，這樣才能使重物在自由落下時，受到的阻力較小。開始記錄時，應(yīng)先給打點計時器通電打點，然后再放下重物，讓它帶著紙帶一同落下。
(3)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因是紙帶通過打點計時器時的摩擦阻力，使得重物獲得的動能小于它所減少的重力勢能。為減小誤差，重物的質(zhì)量應(yīng)選大一些的。
(4)描繪出來的
變式1. (2007?長春質(zhì)檢)用如圖所示的實驗裝置來驗證機(jī)械能守恒定律。實驗所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的交變電流和直流電兩種。重錘從高處由靜止開始落下，重錘上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進(jìn)行測量，即可驗證機(jī)械能守恒。
下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：
A. 按照上圖所示的裝置安裝器材;
B. 將打點計時器接到電源的直流輸出端上;
C. 用天平測量出重錘的質(zhì)量;
D. 釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶;
E. 測量打出的紙帶上某些點之間的距離;
F. 根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能。
指出其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E，將其選項對應(yīng)的字母填在下面的空行內(nèi)，并說明其原因。
答：_______________________________________________________________________ _________________________________________________________________________。
答案：步驟B是錯誤的，應(yīng)該接到電源的交流輸出端。步驟D是錯誤的，應(yīng)先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶，步驟C是不必要的，因為根據(jù)測量原理，重錘的動能和勢能都包含了質(zhì)量m，可以約去。
問題2、數(shù)據(jù)的記錄與處理問題：
例2. 在做驗證機(jī)械能守恒定律的實驗時，若打出的紙帶前段不清楚，但從A-E卻是清楚的，數(shù)據(jù)如圖所示，單位是cm，你能據(jù)此驗證重物下落過程中機(jī)械能是否守恒嗎?要求：
(1)簡述判斷方法;
(2)寫出運算過程;
(3)得出結(jié)論;
(4)算出A點是第幾個點。
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