1、实验探究课实验六 验证机械能守恒定律实验解读核心探究 实验热点各个击破 栏目导航 随堂练知能提升 实验目的 利用自由落体运动验证只有重力作用下的物体机械能守恒实验原理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12mv2，看它们在实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 个点速度的方法：测出第 n 个点与相邻前后点间的距离 xn 和 xn1，由公式 vnxnxn12T或 vnhn1hn12T算出，如图所示实验器材 铁架台(含铁夹)，打点
2、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)实验步骤1安装置：按图将检查、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 35 次实验3选纸带：分两种情况说明(1)用12mv2nmghn 验证时，应选点迹清晰，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)用12m
3、v2B12mv2Amgh 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，ghn12v2n，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12v2B12v2A的值；(3)在实验误差允许的情况下，若 ghAB12v2B12v2A，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
4、计算各点速度的二次方 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本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量 Ek 稍小于重力势能的减少量 Ep，即 Ek”或“”)钢球球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差(填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小解析：(1)钢球直径为 D0.9 cm0.059 mm0.945 cm.(2)小球通过两个光电门的速度分别为DtA和DtB；要验证的关系是 mgh12mv2B12mv2A，即
5、 2ghv2Bv2AD21t2B1t2A，故要验证机械能守恒，只要比较 D21t2B1t2A 与 2gh 是否相等，故选 D.(3)根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度，钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度，此误差属于系统误差，由此产生的误差不能通过增加实验次数减小答案：(1)0.945(2)D(3)不能3(2019哈尔滨三中调研)利用如图装置进行验证机械能守恒定律的实验，(1)实验中若改用电火花计时器，工作电压是交流V(2)需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度 v 和下落的高度 h，某同学对实验得到的纸带设计了以下几种测
6、量的方案，正确的是A由刻度尺测出物体下落的高度 h，用打点间隔算出下落时间 t，通过 vgt 计算出瞬时速度B由刻度尺测出物体下落的高度 h，通过 v 2gh计算出瞬时速度C由刻度尺测出物体下落的高度 h，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出瞬时速度D根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出瞬时速度 v，并通过 hv22g计算得出高度(3)在实验中，有几个注意的事项，下列正确的是A为减小摩擦阻力，需要调整打点计时器的限位孔，应该与纸带在同一竖直线上B可以选用质量很大的物体，先用手托住，等计时器通电之后再
7、释放C实验结果如果正确合理，得到的动能增加量应略大于重力势能的减少量D只有选第 1、2 两点之间的间隔约等于 2 mm 的纸带才代表第 1 点的速度为 0解析：(1)电火花计时器使用的是 220 V 的交流电；(2)物体由静止开始自由下落过程中受到空气阻力和纸带与打点计时器的摩擦阻力作用，不是自由落体运动，vgt，v 2gh，hv22g都是自由落体运动的公式若用这些公式进行分析，就不需要验证了，相当于用机械能守恒验证机械能守恒下落的高度用刻度尺测量，瞬时速度用平均速度的方法计算，故 C 正确(3)为减小摩擦阻力，需要调整打点计时器的限位孔，使它在同一竖直线上，A 正确；应选择质量大，体积小的重锤，减小实验的误差，B 错误；因为存在阻力作用，知动能的增加量略小于重力势能的减小量，C 错误；根据 h12gt212100.022m0.002 m2 mm 知，只有选第 1、第 2 两打点间隔约 2 mm 的纸带才代表打第1 点时的速度为零，D 正确答案：(1)220(2)C(3)AD