【物理】2019届一轮复习苏教版第五章实验五验证机械能守恒定律学案9页

实验五　验证机械能守恒定律
1．实验目的
验证机械能守恒定律．
2．实验原理(如图 1 所示)
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．
图 1
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(带铁夹)、导线两根．
4．实验步骤
(1)安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连．
(2)打纸带
用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物
自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5
条)纸带．
(3)选纸带：分两种情况说明
①若选第 1 点 O 到下落到某一点的过程，即用 mgh＝
1
2
mv2 来验证，应选点迹清晰，且 1、2
两点间距离小于或接近 2 mm 的纸带．
②用
1
2
mvB2－
1
2
mvA2＝mgΔh 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 两点间的距离是否小于或接近 2 mm 就无关紧要了．
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．

6．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．
(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＝
1
2
mvn2 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．
7．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．
(4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用 vn＝
hn＋1－hn－1
2T
，不能用 vn＝ 2ghn或 vn＝
gt 来计算．
8．验证方案
方案一：利用起始点和第 n 点计算
代入 mghn和
1
2
mvn2，如果在实验误差允许的范围内，mghn和
1
2
mvn2相等，则验证了机械能守
恒定律．
方案二：任取两点计算
(1)任取两点 A、B，测出 hAB，算出 mghAB.
(2)算出
1
2
mvB2－
1
2
mvA2的值．
(3)在实验误差允许的范围内，若 mghAB＝
1
2
mvB2－
1
2
mvA2，则验证了机械能守恒定律．
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，并计算各点速度的平方 v2，
然后以
1
2
v2为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据作出
1
2
v2－h 图象．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．
命题点一　实验原理与操作
例 1 　(2017·南通市第一次调研)图 2 甲是验证机械能守恒定律的装置，气垫导轨上安装了 1、
2 两个光电门，滑块上固定一竖直遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连，细线与导轨

平行．
(1)用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度为________mm.
图 2
(2)在调整气垫导轨水平时，滑块不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度，使它从
轨道右端向左运动，发现滑块通过光电门 1 的时间大于通过光电门 2 的时间．为使气垫导轨
水平，可采取的措施是________．
A．调节 P 使轨道左端升高一些
B．调节 P 使轨道左端降低一些
C．遮光条的宽度应适当大一些
D．滑块的质量增大一些
(3)正确进行实验操作，测出滑块和遮光条的总质量 M，钩码质量 m，遮光条的宽度用 d 表示，
已知重力加速度为 g.现将滑块从图示位置由静止释放．
①若滑块经过光电门 2 时钩码未着地，测得两光电门中心间距 L，由数字计时器读出遮光条
通过光电门 1、2 的时间分别为 t1、t2，则验证机械能守恒定律的表达式是________．
②若滑块经过光电门 2 时钩码已着地，为验证机械能守恒定律，已测得钩码初位置离地的高
度 h，还需测量的一个物理量是________．
答案　(1)13.50　(2)A　(3)①mgL＝
1
2
(m＋M)d2(
1
t22
－
1
t12
)　②遮光条通过光电门 2 的时间
解析　(1)游标卡尺主尺读数为 1...