(粤教版必修2)4.5《验证机械能守恒定律》

实验误差分析【典例1】(2010·新课标全国卷)如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平.回答下列问题：(1)(双选)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_______.(填入正确选项前的字母)A.米尺B.秒表C.0～12V的直流电源D.0～12V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有____________________________________________________________.(写出两个原因)【标准解答】(1)用A项米尺测量长度，用D项交流电源供打点计时器使用.(2)纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时选取的始末两点距离过近；交流电频率不稳定.答案：(1)A、D(2)纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取的始末两点距离过近；交流电频率不稳定(任选其二).实验数据处理【典例2】(2011·海南高考)现要通过实验验证机械能守恒定律.实验装置如图所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度.用g表示重力加速度.完成下列填空和作图；(1)若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为______.动能的增加量可表示为_______.若在运动过程中机械能守恒，与s的关系式为=____.21t21t(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A点)下滑，测量相应的s与t值，结果如表所示：以s为横坐标，为纵坐标，在坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k=______×104m-1·s-2(保留3位有效数字).由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出-s直线的斜率k0，将k和k0进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律.21t21t【标准解答】(1)滑块和遮光片的重力势能减少，砝码的重力势能增加，所以系统的重力势能减少的量为ΔEp=Mgssinθ-mgs=-mgs；滑块运动到光电门时的速度为所以系统的动能增加量为ΔEk=(M+m)v2=.若机械能守恒，则有-mgs=，解得Mgshdbvt,1222Mmb2tMgshd22Mmb2t222gMhmd1stMmdb.(2)如图所示.由图象可求得斜率21tk243s.答案：(1)(2)见标准解答图2.43Mgshmgsd22Mmb2t22gMhmdsMmdb