高三物理一轮复习《验证机械能守恒定律》学案

高三物理一轮复习《验证机械能守恒定律》复习案

【学习目标】

1．通过实验，验证机械能守恒定律．

2．学习利用图象法处理实验数据．

【重点难点】

1、验证机械能守恒定律的实验原理。

2、验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法

【使用说明与学法指导】

先通读教材有关内容，进行知识梳理归纳，再认真限时完成课前预习部分内容，并将自己的疑问记下来（写上提示语、标记符号）。

【课前预习】

一、请简述验证机械能守恒定律的实验原理

二、写出本实验的实验器材

三、简述实验步骤

【课内探究案】

探究一 实验操作技巧

1．进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台、低压交流电源、复写纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、开关、天平、重锤．其中不必要的器材有：_______________；缺少的器材是 ________________。

2、在验证机械能守恒定律实验中．重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．

（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：

A．按照图示的装置安装器材；

B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；

C．用天平测量出重锤的质量；

D．先松手释放纸带，再接通电源打出纸带，

E．选择合适的纸带，测量打出的纸带上某些点之间的距离；

F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．

上述操作中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是 ．（填序号）

探究二 实验数据整理问题

4、在“验证机械能守恒定律”的实验中，选出条纸带如图所示．其中 O 点为起始点，A 、B 、C为三个计数点，打点计时器通过50Hz的交流电源,用毫米刻度尺测得OA＝11.13 cm,

OB=17.69cm . OC =25.9cm.

（1） 这三个数据中，不符合有效数字要求的是_____________．应该写成__________ cm

实验六 考证机械能守恒定律

一、实验目的

经过实验考证机械能守恒定律．

二、实验原理

如图 1 所示，质量为 的物体从 O 点自由着落， 以地面作为零重力势能面，

m

假如忽视空气阻力，着落过程中随意两点 A 和 B的机械能守恒

即错误 ! mv错误 ! ＋ mghA＝错误 ! mv错误 ! ＋ mghB

上式亦可写成 错误 ! mv错误 ! － 错误 ! mv错误 ! ＝mghA－ mghB

等式说明，物体重力势能的减少等于动能的增添．为了方便，能够直接 图 1

从开始着落的 O 点至随意一点如图 1 中 A点来进行研究， 这时应有： 错误 ! 错误!＝ ，

mv mgh

即为本

实验要考证的表达式， 式中

h 是物体从 点着落至

A 点的高度，

v A是物体在

A 点的刹时速

O 度．

三、实验器械

打点计时器， 低压沟通电源， 带有铁夹的铁架台， 纸带，复写纸， 带夹子的重物， 刻度尺，导线两根．

四、实验步骤

1．安装置：按图 2 将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架

台上，接好电路．

2．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点

计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在凑近打点计时器的

地方．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由着落．

改换纸带重复做 3～ 5 次实验．

3．选纸带：分两种状况说明 图 2 1 用错误 ! mv错误 ! ＝ mgh考证时，应选点迹清楚，且 1、2 两点间距离略小于或凑近 2 mm

n

的纸带．

2 用错误 ! mv错误 ! －错误 ! mv错误 ! ＝ mg h 考证时，因为重力势能的相对性， 办理纸带时，

选择适合的点为基准点，只需后边的点迹清楚便可采纳．

五、数据办理

方法一：利用开端点和第 n 点计算

代入 mghn 和错误 ! mv错误 ! ，假如在实验偏差同意的条件下， mghn 和错误 ! mv错误 ! 相等，

1

学员编号： 年 级：高三 课 时 数：

学员姓名： 辅导科目：物理 学科教师：

授课类型 C机械能守恒定律4星

星 级 ★★★★ ★★★★ ★★★★

授课日期及时段

教学内容

i.基础引入 ＜建议用时5分钟！＞

批注：部分知识点由学生填空完成，5分钟左右完成。

1. 机械能守恒定律

机械能包括动能、重力势能和弹性势能.其中，重力势能的大小和零势面的选取有关，可正可负，是个标量；弹性势能是物体由于发生形变而具有的能，如果一个弹簧的形变量不变，那么它的弹性势能也不变.

2. 机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变.

kpkpEEEE，或kpEE

（1）判断机械能守恒：若物体或系统只有重力或系统内弹力做功，则机械能守恒；若物体或系统中只有动能和势能的相互转化，则机械能守恒；物体间发生非弹性碰撞（除特别说明）时，机械能不守恒.

（2）机械能守恒定律与动能定理的比较：机械能守恒定律反映的是物体初末状态的机械能间的关系，这种守恒是有条件的；动能定理反映了物体动能变化与合外力做功的关系，这个关系总是成立的.

（3）应用机械能守恒定律时，要先明确研究对象，根据研究对象经过的物理过程，进行受力和做功分析，判断机械能是否守恒，若守恒，再恰当地选取参考平面，确定研究对象在初末态的机械能，最后列方程求解.

（4）重力做了多少功，物体的重力势能就改变了多少，即GpWE.

（5）若机械能不守恒，那么除了重力及系统内弹力之外的其它力所做的功就是机械能的改变量.

2 ii.例题讲解＜建议用时20分钟！＞

3 寻找足迹：机械能守恒相关考题

1 验证机械能守恒定律

[基本要求]

[数据处理]

方法一：利用起始点和第n点计算

代入ghn和12v2n，如果在实验误差允许的情况下，ghn＝12v2n，则验证了机械能守恒定律.

方法二：任取两点计算

(1)任取两点A、B，测出hAB，算出ghAB.

(2)算出12v2B－12v2A的值.

(3)在实验误差允许的情况下，若ghAB＝12v2B－12v2A，则验证了机械能守恒定律.

方法三：图象法

从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以12v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出12v2­h图线，若在误差允许的范围内图象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.

[误差分析]

1.减小测量误差：一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值. 2 2.误差来源：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk＝12mv2n必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力.

[注意事项]

1.打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力.

2.重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料.

3.一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落.

4.测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝hn＋1－hn－12T，不能用vn＝2ghn或vn＝gt来计算.

考点精练

考向1 对实验原理和操作的考查

[典例1] (2017·江西六校模拟)用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源，输出电压有交流电和直流电两种.重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.

(1)下列几个操作步骤中：