2021版高考物理一轮复习第5章机械能第5节实验：探究动能定理验证机械能守恒定律学案13页

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第 5 节　实验：探究动能定理　验证机械能守恒定律
一、实验：探究动能定理
1．实验目的：
(1)探究动能定理．
(2)感悟实验方案的设计和实验数据的处理方法．
2．实验的方法：如图所示，依次用 2 根、4 根、6 根……同样的橡皮筋与物体相连接，
并且每次将橡皮筋拉伸相同的长度，这样操作，无须计算就可知道橡皮筋对物体所做的功依
次为 W、2W、3W……
而每次橡皮筋对物体做功后的速度，可用打点计时器测出．
3．实验器材：打点计时器(含纸带、学生电源、复写纸、连接导线)、同种橡皮条(10
根)、小车、长木板、钉子、刻度尺．
4．实验步骤：
(1)按图连接好器材．橡皮筋的一端套在小车上，另一端套在钉子上，第一次用两根橡
皮筋．将长木板倾斜一个角度，使重力沿斜面向下的分力平衡小车受到的摩擦力．
(2)将小车拉到靠近打点计时器的位置(在橡皮筋弹性限度内)，并标记下此位置；接通
电源后松手．
(3)换上纸带，并在纸带上做好标记，每次增加两根橡皮筋，然后将小车拉到同一位置，
接通电源后松手．依次再做四次．
(4)根据纸带求橡皮筋对小车做功后的速度．在每条纸带上找出点间距相等的那部分，
它记录的是小车做匀速运动的情况，如图所示的计数点 B、E、C部分．用刻度尺量出计数点
B、C 之间的距离 d，设相邻两计数点间的时间隔为 T，那么，橡皮筋对小车做功后的速度：
vi＝__
d
2T
__．
(5)分析测量数据得出实验结论．根据实验所得数据 Wi与 vi，猜想 Wi与 vi的关系，先
看它们是否满足最简单的正比关系，即：Wi∝vi.接着再猜想 Wi∝v2i？大致成立后，再作 Wi－
v 2i图进行验证．
5．实验结论：Wi∝v2i.
6．实验中应注意事项
(1)平衡摩擦力：实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，为了保证橡皮筋对物
体的功就是合外力的功，必须设法排除摩擦力的影响．可采用将木板一端垫高的方法来实
现．将木板一端垫高，让自由小车(不系橡皮筋时)能在木板上匀速运动，使重力沿斜面方向
的分力与摩擦力相平衡，就消除了摩擦力的影响．
(2)每次实验所用的每条橡皮筋，其长度、材料和粗细都应是相同的，并且橡皮筋拉伸
的长度都保持一致．

2
(3)打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选点间间距相等的一段纸带
来计算小车的速度，因这一小段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形．
二、实验：验证机械能守恒定律
1．实验目的：验证物体做自由落体运动时机械能守恒．巩固由纸带求瞬时速度的方法，
体验误差分析．
2．实验原理：自由下落的物体只有重力做功，若减小的势能等于增加的动能，即：__－Δ
Ep＝ΔEk__，则物体机械能守恒．
3．实验的方法：让连着纸带的重物由静止自由下落，重物下落的高度 h，和下落高度 h
时重物的速度 v，可根据纸带得出．看__gh＝
1
2
v2__是否成立．
4．实验器材：铁架台、重物、打点计时器、低压交流电源、开关、刻度尺、复写纸、
纸带、导线．
5．实验步骤：
(1)按装置图 a 安装好器材，注意打点计时器板面竖直，保证两个限位孔中心在同一竖
直线上，并用导线将计时器接到低压交流电源上．
(2)将长约 1 米的纸带一端用小夹子固定在重物上后，另一端(上端)穿过打点计时器限
位孔，用手提着纸带，使重物静止并靠近计时器的下方．
(3)接通电源，让重物带动纸带自由下落，计时器在纸带上打下一系列的点．
(4)换几次纸带，重复上述(2)、(3)步骤．
(5)在所得到的纸带中，选取点迹清晰的 3 条纸带进行测量．先记下第一点作为 O 点，
再在纸带上点迹清晰部分依次连续地选取三个计数点，且相邻两计数点间的时间相等，设为
T，如图 b 所示的 D、E、F 三点，用刻度尺测出距 O 点到 E 点的距离设为 hi，以及 D、F 间
的距离 s.
(6)用公式 vi＝
s
2T
，计算出 E点对应速度．
(7)看势能减少量 mghi是否等于动能增加量
1
2
mv2i.
6．实验结论：重物自由下落时机械能守恒．
7．实验中应注意的事项．
(1)因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量 m，
而只需验证
1
2
v2i＝ghi就行了．
(2)打点计时器要竖直架稳，使板面在同一竖直平面内，其两限位孔中心要在同一竖直
线上，以尽量减少...