2013版物理一轮精品复习学案：实验6 验证机械能守恒定律(必修2)

实验六 验证机械能守恒定律

【考纲全景透析】

一、实验目的 验证机械能守恒定律 二、实验原理

1.在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变.若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律.

2.计算打第n个点时速度的方法：如图所示,由公式可得第n个点的速度

，看它们在实

三、实验器材

铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹).

【热点难点全析】

一、实验步骤

1.仪器安装：按图示将检查、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靠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下落.更换纸带重复做3～5次实验.

3.选纸带：分两种情况说明

(1)如果根据验证时，应选点迹清晰，打点成一条直线，且1、2两点间距离小于或接近

2 mm的纸带.若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的.这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选.

(2)如果根据验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点

为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用.

【例1】(2010·海南高考)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示：

(1)实验步骤：

①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平； ②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图所示，由此读出l=_______mm；

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s=______cm；

④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；

⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2； ⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m. (2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式： ①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1=____ 和v2=________.

②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1=_____和Ek2=_____.

③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少ΔEp=________(重力加速度为g). (3)如果ΔEp=________，则可认为验证了机械能守恒定律. 【答案】(1)②9.30

③60.00(答案在59.96～60.04之间的，也给分

)

(3)Ek2-Ek1

【详解】由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度当做瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间Δt可从数字计时器读出，因此，滑块过光电门的瞬时速度为

，由于

质量事先已用天平测出，所以，滑块的动能就是已知量了.测出动能的增加值，测出重力势能的减少值，在误差允许范围内相等，就验证了机械能守恒定律.

二、数据处理

1. 方法一：利用起始点和第n点计算.代入mghn和如果在实验误差允许的条件下，mghn

和 相等，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mghAB.

(2)算出的值.

(3)在实验误差允许的条件下，若成立，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，然后以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出图线.若在误差允许的范围内图

线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.

2.实验注意事项

（1）打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，以减小摩擦阻力.

（2）应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小.

（3）实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带.

（4）测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完.

（5）如果不测出物体质量时，只需验证也可以验证机械能守恒定律.

（6）速度不能用vn=gtn或计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用vn=gtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算.同样的道理，重物下落的

高度h,也只能用刻度尺直接测量，而不能用

3、误差分析：

计算得到.

（1）本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服阻力做功,故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量,这是不可避免的,属于系统误差,改进的方法是调整器材的安装,尽可能地减少阻力.

（2）本实验的另一误差来源于长度的测量,属于偶然误差.减小误差的方法是测量物体的下落距离时，所选的距离尽可能大一些，或者多次测量取平均值.

【例2】(1)在做“验证机械能守恒定律”的实验时，实验小组A不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了,剩下的一部分纸带上各点间的距离如图所示的数值，已知打点计时器的周期为T =0.02s,重力加速度g =9.8 m/s2;重锤的质量为m,已知S1=0.98cm, S2=1.42cm, S3=1.78cm,

则记录B点时重锤的动能EKB= J(写计算式字母表示),记录C点时重锤的动

能EKC=0.32m J;重锤从B点到C点重力势能变化量是 J,动能变化量是 J.从而可以得出结论： .

（2）在验证机械能守恒定律的实验中

①自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少

对实验的影响. ②实验中 测定重锤的质量( 填“要”或“不要” ).

③实验小组C在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加,其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在阻力作用,因此想到可以通过该实验装置测阻力的大小. 根据已知当地重力加速度公认的较准确的值为g, 电源的频率为f, 又测量出物理量 ,

.他（她）们用这些物理量求出了重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F＝ （用字母表示）.

答案：⑴

0.142m 0.14m 在实验误差范围内,只有重力做功时,物体的机械能守恒. ⑵①空气阻力和打点计时器器对纸带的阻力 ②不要

m(S1 S2)2

8T2

m[g

(s3 s4) (S1 S2)2

f]

4

③相邻的两点间的位移S1 、S2 、S3、S4, 重锤的质量m ,

【高考零距离】

【2012年】 暂无

【2011年-2010年】

1.（2011·海南物理·T14）现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图1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，