篇一：第五章实验六验证机械能守恒定律
实验六 验证机械能守恒定律
一、实验目的 验证机械能守恒定律．
二、实验原理
通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．
三、实验器材
打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根．
四、实验步骤
1．安装置：按实验原理图将检查、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3次～5次实验．
13．选纸带：(1)用mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离接近2 mm2
的纸带．
112(2)用v2BvA＝mgΔh验证时，只要A、B之间的点迹清晰即可选用． 22
五、实验结论
在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒
,
一、验证方案
1方案一：利用起始点和第n点计算．代入ghn和2，如果在实验误差允许的范围内，2n
1ghn＝v2，则验证了机械能守恒定律． 2n
方案二：任取两点计算
1．任取两点A、B测出hAB，算出ghAB.
1122．算出v2－的值． 2B2A
1123．如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝2BvA，则验证了机械能守恒定律． 22
方案三：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
11算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，绘出v2－h图线，若是一条过原点22
且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律．
二、误差分析
1．测量误差：减小测量误差的方法，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．
12．系统误差：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＝v22n
必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力．
三、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．重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．
dn＋1－dn－13．测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝，不能用vn＝2gdn2T
或vn＝gt来计算．
考点一 对实验原理和误差分析的考查
1.某同学安装如图甲的实验装置验证机械能守恒定律．
(1)此实验中，应当是让重物做________运动，________(填“需要”或“不需要”)测出
重物的质量．
(2)打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，该同学选取如图乙所示的一段纸带，对BD段进行研究．求得B点对应的速度vB＝________m/s(保留两位有效数字)，若再求得D点对应的速度为vD，测出重物下落的高度为hBD，则还应计算________与________大小是否相等(填字母表达式)．
(3)但该同学在上述实验过程中存在明显的问题．安装实验装置时存在的问题是
________________________________________________________________________；
研究纸带时存在的问题是
________________________________________________________________________，
实验误差可能较大．
2.用如图甲
甲
所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示．已知m1＝50 g、m2＝150 g，则：(结果均保留两位有效数字
)
乙
(1)在纸带上打下计数点5时的速度v＝________m/s；
(2)在打下第“0”到打下第“5”点的过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统势能的减少量ΔEp＝________J；(取当地的重力加速度g＝10 m/s2)
1(3)若某同学作出v2－h图象如图丙所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2
. 2
丙
4.某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验的简易示意图如下，当有不透光的物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．
－所用的光电门传感器可测得最短时间为0.01 ms.将挡光效果好、宽度为d＝3.8×103 m
的黑色磁带贴在透明直尺上，从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门．某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间Δti，与图中所示的高度差Δhi，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示．(取g＝9.8 m/s2，注：表格中M为直尺质量)
(1)从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi＝求出的，请你Δti
简要分析该同学这样做的理由是：
________________________________________________________________________.
(2)请将表格中数据填写完整．
(3)通过实验得出的结论是：
________________________________________________________________________.
(4)根据该实验请你判断下列ΔEk－Δh图象中正确的是________．
1．关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是( )
A．实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越少，误差就越小
B．实验时需称出重物的质量
C．纸带上第1、2两点间距若不接近2 mm，则无论怎样处理实验数据，实验误差都一定较大
D．处理打点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法
2．利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，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和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，正确的是( )
A．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度v
B．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v2gh计算出瞬时速度v
C．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
v2
速度，测算出瞬时速度v，并通过hh 2g
D．用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，测算出瞬时速度v
3．用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”．
(1)下列物理量需要测量的是________，通过计算得到的是________(填写代号)．
A．重锤质量
B．重力加速度
C．重锤下落的高度
D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度
(2)设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g.图乙是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的连续点．根据测得的x1、x2、x3、x4写出重锤由B点到D点势能减少量的表达式________，动能增量的表达式________．由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增量总是________(选填“大于”、“等于”或“小于”)重力势能的减少量．
4．在“验证机械能守恒定律”的实验中，使质量m＝200 g的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示．O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续的点．已知打点计时器每隔T＝0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g＝9.8 m/s2，那么
2(1)计算B点的瞬时速度时，甲同学采用vB＝2gxOB，乙同学采用vB＝x，其中2T
________(选填“甲”或“乙”)同学所选择的方法更符合实验的要求．
(2)在计算重力势能时，关于重力加速度g的数值，丙同学用当地的实际重力加速度代入，丁同学通过对纸带上的数据进行分析计算，用纸带下落的加速度代入，其中________(选填“丙”或“丁”)同学的做法是正确的．
(3)某同学想根据纸带上的测量数据进一步计算重物和纸带下落过程中所受到的阻力，他先算出纸带下落的加速度，进而算出阻力f＝________N．(保留一位有效数字)
5．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示．O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g＝9.80 m/s2，那么：
(1)根据图上所得的数据，应取图中O点到________点来验证机械能守恒定律；
(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp＝________J，动能增加量ΔEk＝________J(结果取三位有效数字)；
(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落
v2的高度h，则以h为横轴画出的图象是如图中的________．
2
6．某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．在气
垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象．
(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的
Δt1________Δt2(填“>”、“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平．
(2)用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________mm.
(3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与钩码Q相连，钩码Q的质量为m.将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出________和________(写出物理量的名称及符号)．
(4)若上述物理量间满足关系式
________________________________________________________________________， 则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒．
篇二：第五章 实验六 验证机械能守恒定律 课时作业·堂堂清
临朐实验中学高三年级 物理科学案
1．如图实－6－6所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选N点来验证机械能守恒定律．下面举出一些计算打N点时纸带下落速度的方法，其中正确的是(T为打点周期)( )
图实－6－6
A．N点是第n个点，则vN＝gnT
B．N点是第n个点，则vN＝g(n－1)T
xn＋xn＋1C．vN＝ 2T
dn＋1＋dn－1D．vN＝2
T
2．在用图实－6－7所示的实验装置来验证机械能守恒定律时，某同学的以下说法中正确的是 ( )
图实－6－7
A．必须用秒表测出重物下落的时间
B．实验操作时，注意手提着纸带使重物靠近打点计时器，先接通打点计时器电源，然后松开纸带
C．如果打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，就会造成重力势能的变化小于动能的变化
D．验证时，可以不测量重物的质量或重力
3．(2010·广州模拟)“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图实－6－8所示的甲或乙方案来进行．甲方案为用自由落体实验验证机械能守恒定律，乙方案为用斜面小车实验验证机械能守恒定律．
图实－6－8
(1)比较这两种方案，________(填“甲”或“乙”)方案好一些，理由是
________________________________________________________________________．
(2)图丙所示是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图所示，已知每 两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s．物体运动的加速度a＝________；该纸带是采用 __________(填“甲”或“乙”)实验方案得到的．简要写出判断依据
______________________________．
4．(2010·烟台模拟)用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中：
mv2(1)运用公式mgh对实验条件的要求是________； 2
(2)若实验中所用重物的质量m＝1 kg.打点纸带如图实－6－9所示，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重物速度vB＝________，重物动能Ek＝________，从开始下落起至B点时重物的重力势能减少量是__________，由此可得出的结论是__________________________；(g取9.8 m/s2
)
图实－6－9
v2(3)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以h为横轴画出2
的图象应是图实－6－10中的 (
)
图实－6－10
5．(2010·海安调研)如图实－6－12所示，用包有白纸的质量为1.00 kg的圆柱棒替代纸带和重物；蘸有颜料的毛笔固定在电动机的飞轮上并随之匀速转动，以替代打点计时器．烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒面的纸上画出记号，如图实－6－13所示．设毛笔接触棒时不影响棒的运动，测得记号之间的距离依次为26.0 mm、50.0 mm、74.0 mm、98.0 mm、122.0 mm、146.0 mm，由此可验证机械能守恒定律．已知电动机铭牌上标有“1200 r/min”字样．根据以上内容回答下列问题：
图实－6 － 12
图实－6－13
(1)毛笔画相邻两条线的时间间隔T＝________s.
(2)根据图实－6－13所给的数据可知：毛笔画下记号“3”时，圆柱棒下落的速度v3＝ ________m/s；画下记号“6”时，圆柱棒下落的速度v6＝______m/s；在毛笔画下记号“3” 到画下记号“6”的这段时间内，棒的动能的增加量为______J，重力势能的减少量为 ____________J____________________．(g＝9.8 m/s2，结果保留 三位有效数字)
6．(2008·江苏高考)某同学利用如图实－6－14所示的实验装置验证机械能守恒定律．弧形轨道末端水平，离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为x.
图实－6－14
(1)若轨道完全光滑，x2与h的理论关系应满足
________(用H、h表示)．
(2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：
x2＝
请在图实－6－15所示的坐标纸上作出x2－h关系图．
图实－6－15
(3)对比实验结果与理论计算得到的x2－h关系图线(图实－6－15中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率________(填“小于”或“大于”)理论值．
(4)从x2－h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差 的可能原因是_____________________________________________________________．
7．(2010·南京调研)某研究性学习小组用如图实－6－16所示装置验证机械能守恒定律．让一个摆球由静止开始从A位置摆到B位置，若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，1即mv2＝mgh.直接测量摆球到达B点的速度v比较困难．现让小球在B点处脱离悬线做2
平抛运动，利用平抛的特性来间接地测出v.如图实－6－16所示，悬点正下方P点处放有水平放置的炽热的电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动．在地面上放上白纸，上面覆盖着复写纸，当小球落在复写纸上时，会在下面白纸上留下痕迹．用重垂线确定出A、B点的投影点N、M.重复实验10次(小球每一次都从同一点由静止
释放)，球的落点痕迹如图实－6－17所示，图中米尺水平放置，零刻度线与M点对齐．用米尺量出AN的高度h1、BM的高度h2，算出A、B两点的竖直距离，再量出M、C之间的距离x，即可验证机械能守恒定律．已知重力加速度为g，小球的质量为m
.
图实－6－16图实－6－17
(1)根据图实－6－16可以确定小球平抛时的水平射程为________cm；
(2)用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0＝______；
(3)用测出的物理量表示出小球从A到B过程中，重力势能的减少量ΔEp＝__________， 动能的增加量ΔEk＝________.
篇三：《步步高》2014高考物理一轮复习讲义第五章 实验六 验证机械能守恒定律
实验六 验证机械能守恒定律 考纲解读 1.掌握验证机械能守恒定律的方法.2.会用图象法处理实验数据以达到验证目的．
基本实验要求
1．实验目的
验证机械能守恒定律．
2．实验原理
通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．
3．实验器材
打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(附铁夹)、导线两根．
4．实验步骤
(1)根据实验原理图安装仪器．
(2)将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔．
(3)用手提着纸带，让重物靠近打点计时器并处于静止状态，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点．
12(4)从几条打下点的纸带中挑选出点迹清晰的纸带进行测量，ΔEkv n，ΔEp＝mgdn，2
dn＋1－dn－1vn＝2T
(5)计算对比ΔEp与ΔEk.
5．实验结论
在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒．
规律方法总结
1．误差分析
(1)测量误差：减小测量误差的方法，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．
1(2)系统误差：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＝vn 22
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，尽可能地减小阻力．
2．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)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．
(3)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．
dn＋1－dn－1(4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝，不能用vn＝2gdn或2T
vn＝gt来计算．
3．验证方案
12方案一：利用起点和第n点：验证ghn＝v . 2n
1212方案二：任取较远两点A、B：验证ghAB＝v －v . 2B2A
考点一 对实验原理和实验步骤的考查
例1 利用图1实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的
转化问题．
(1)实验操作步骤如下，请将步骤B补充完整：
A．按实验要求安装好实验装置；
B．使重物靠近打点计时器，接着先________，后________，打点计
时器在纸带上打下一系列的点；
C．图2为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点． 图1
分别测出若干连续点A、B、C??与O点之间的距离h1、h2、h3??
.
图2
(2)已知打点计时器的打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，结合实验中所测得的h1、h2、h3，可得重物下落到B点时的速度大小为______，纸带从O点下落到B点的过程中，重物增加的动能为______，减少的重力势能为______．
(3)取打下O点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能Ek和重力势能Ep，建立坐标系，横轴表示h，纵轴表示Ek和Ep，根据以上数据在图3中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ.已求得图线Ⅰ斜率的绝对值k1＝2.94 J/m，请计算图线Ⅱ的斜率k2＝________ J/m(保留3位有效数字)．重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为________(用k1和k2表示)．
图3
(4)通过对k1和k2的比较分析，可得到的结论是(只要求写出一条)：__________________. 解析 (3)对图线Ⅰ：Ep＝－mgh，即k1＝mg，对图线Ⅱ：Ek＝(mg－Ff)h，即k2＝mg－
Fk1－k2k1－k2Ff，所以Ff＝k1－k2＝＝. mgmgk1
h3－h1m?h3－h1?2
答案 (1)接通电源 放开纸带 (2)mgh2 (3)2.80(2.73～2.87均可) 2T8Tk1－k2k1用mg表示也可) (4)k2小于k1，动能的增量小于重力势能的减少量．(其他结论k1
合理的也可)
考点二 对实验数据处理的考查
例2 用如图4所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．
m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对
纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图5给出
的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计
数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示．已知图4
m1＝50 g、m2＝150 g，则(结果均保留两位有效数字
)
图5
(1)在纸带上打下计数点5时的速度v＝______m/s；
(2)在打下第“0”到打下第“5”点的过程中系统动能的增量ΔEk＝________ J，系统势能的减少量ΔEp＝______J；(取当地的重力加速度g＝10 m/s2)
1(3)若某同学作出v2－h图象如图6所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2
. 2
图6
?21.60＋26.40?×102
解析 (1)v5 m/s＝2.4 m/s 0.1×2－
1(2)ΔEk＝m1＋m2)v2－0＝0.58 J 2
ΔEp＝m2gh－m1gh＝0.60 J
1(3)由(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v2知 2
v2?m2－m1?gh2m1＋m2
?m2－m1?g5.82即图象的斜率k＝＝ 1.20m1＋m2
解得g＝9.7 m/s2
答案 (1)2.4 (2)0.58 0.60 (3)9.7
考点三 对实验误差分析的考查
例3 在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.00 kg.甲、乙、丙三位学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18 cm、0.19 cm和 0.25 cm，可见其中肯定有一个学生在操作上有错误．
(1)错误操作是________________________________________________________．
(2)若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离如图7所示(相邻计数点时间间隔为0.02 s)，那么(结果均保留两位有效数字)
图7
①纸带的________端与重物相连．
②打点计时器打下计数点B时，重物的速度vB＝________.
③在从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量是ΔEp＝________，此过程中重物动能的增加量是ΔEk＝________.
④通过计算，数值上ΔEp______ΔEk(填“>”“＝”或“<”)，这是因为______________． ⑤实验的结论是____________________________________________________．
解析 丙同学的操作步骤中有错误，错误操作是先放开纸带后接通电源．根据题图可知，纸带的左端与重物相连；vB＝xOC－xOA12＝0.98 m/s；ΔEp＝mgxOB＝0.49 J，ΔEkv ＝2T2B0.48 J；ΔEp>ΔEk，这是因为实验中存在着阻力；通过实验分析可知，在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒．
答案 (1)先放开纸带后接通电源 (2)①左 ②0.98 m/s ③0.49 J 0.48 J ④> 实验中存在着阻力 ⑤在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒
29．力学实验原理与方法的迁移应用
力学实验题目各省市几乎每年都考．特点是实验目的明确，实验原理千差万别，实验数据处理方法各种各样，但不管怎样，这些题都是以教材上的分组实验为原型，实验器材的使用、常用实验方案模型也是固定不变的．在做题时，应注意以下几点：
(1)找原型：把教材中的实验原型或者相关的物理理论知识在头脑中完整、准确地重现出来．
(2)找差别：将实验中所给器材与实验原型中器材进行对比，看一下少了什么器材或什么器材的量程不满足要求，再看一下“多给”了什么器材，注意“多给”的器材往往就是解决问题的关键．
(3)析原理：要根据题意，认真分析题目所提供的该实验的原理是什么，思考出题人想通过怎样的方法、手段、步骤达到该实验的目的，并与实验原型相比较，找出达到实验目的的方法．
(4)重方法：对于实验数据处理的方法基本是固定不变的，注意借鉴使用．
例4 如图8为利用气垫导轨(滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略)“验证机械能守恒定
《第五章,实验六,验证机械能守恒定律课件》出自：百味书屋
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