2019年高考物理一轮复习第五章机械能及其守恒定律第6讲实验：验证机械能守恒定律学案

学必求其心得，业必贵于专精

实验6: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

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,但总的机械能守恒。若物体从静止开始下落，下落高度为h时的速度为v,恒有mgh＝错误!mv2。故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能守恒定律。测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点相邻的前、后两段相等时间间隔T内下落的高度xn－1和xn＋1(或用hn－1和hn＋1）,然后由公式vn＝错误!或由vn＝错误!可得vn(如图所示)。

三、实验器材

铁架台（带铁夹）、电磁打点计时器与低压交流电源（或电火花打点计时器)、重物(带纸带夹子)、纸带数条、复写纸片、导线、毫米刻度尺。

四、实验步骤

1．安装器材：如图所示,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,此时电源开关应为断开状态。

2．打纸带：把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，用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器学必求其心得，业必贵于专精

下方附近，先接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，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＝错误!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,若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于打点计时器打第1个点时重物的初速度不为零造成的(如先释放纸带后接通电源等错误操作会造成此种结果)。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)用错误!mv错误!－错误!mv错误!＝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为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可以选用。

第五章 实验6

知识巩固练习

1．用下图所示的装置测量弹簧的弹性势能．将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连．先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x.

(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是____________．

(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________．

A．弹簧原长 B．当地重力加速度

C．滑块(含遮光片)的质量

(3)增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将____________．

A．增大 B．减小 C．不变

【答案】(1)st (2)C (3)B

【解析】(1)滑块离开弹簧后的运动可视为匀速运动，故可以用BC段的平均速度表示离开时的速度，则有v＝st.

(2)弹簧的弹性势能等于物体增加的动能，故应求解物体的动能，根据动能表达式可知，应测量滑块的质量，故选C．

(3)增大AO间的距离时，滑块被弹出后的速度将增大，故通过两光电门的时间将减小．

2．(2021届河北质检)某实验小组利用图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．

甲

乙

(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？________________________________________________________________________.

(2)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d＝__________cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt＝1.2×10－2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为__________m/s.在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、________________________和____________________(文字说明并用相应的字母表示)．

1 【高考第一轮复习物理】

实验：验证机械能守恒定律

1.实验目的

验证机械能守恒定律 .

2.实验器材

铁架台(带铁夹)， 打点计时器 ，重锤(带纸带夹子)，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻度尺， 低压交流电源 .

3.实验原理

物体只在重力作用下做自由落体运动时，物体机械能守恒，即减少的重力势能等于增加的动能.如果物体下落高度h时速度为v，则有 mv2/2＝mgh .借助于打了点的纸带测出物体下降的高度h和对应的速度v，即可验证物体自由下落时机械能是否守恒.

测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点前、后两段相等时间T内下落的距离sn、sn＋1，由公式 vn＝Tssnn2)(1 求出，如图.

4.实验步骤

(1)在铁架台上安装好 打点计时器 ，用导线接好打点计时器与 低压交流电源 .

(2)将纸带的一端固定在重锤的夹子上，另一端穿过打点计时器的 限位孔 ，用竖直提起的纸带使重锤靠在 打点计时器 附近.

(3)先 接通电源 ，再 放开纸带 ，让重锤自由下落.

(4)换上新纸带，重复实验几次，得到几条打好的纸带.

(5)选择点迹清晰，且第一、二两点间距离接近 2 mm 的纸带，起始点标O，依次确定几个计数点1、2、3、…

(6)用刻度尺测量下落高度h1、h2、h3、…，计算各计数点对应的重锤的瞬时 速度 .

(7)计算各计数点对应的势能减少量mghn和动能增加量2/2nmv，进行比较.

2

重点难点突破

一、注意事项

1.实验中打点计时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减小摩擦阻力.

2.实验时，必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才松开纸带让重锤下落.

3.打点计时器必须接50 Hz的低压交流电源.

4.手提纸带上端时，注意不要晃动，可使手臂靠在某处，保证重物下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点.

5.为减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远些.纸带也不宜过长，约40 cm即可.

高考物理专题 验证机械能守恒定律（含答案）

1. 在“用DIS研究机械能守恒定律”的实验中，用到的传感器是 传感器。若摆锤直径的测量值大于其真实值会造成摆锤动能的测量值偏 。（选填：“大”或“小”）。

【答案】光电门；大

【解析】在实验中，摆锤的速度通过光电门进行测量，测量的速度是通过小球直径d与挡光时间的比值进行计算，为：dvt，当摆锤直径测量值大于真实值时，小球直径d会变大，导致计算出的小球速度变大，故小球动能也会变大。

2. 如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。

①对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______________。

A．重物选用质量和密度较大的金属锤

B．两限位孔在同一竖直面内上下对正

C．精确测量出重物的质量

D．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物

②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有____________。

A．OA、AD和EG的长度

B．OC、BC和CD的长度

C．BD、CF和EG的长度

C．AC、BD和EG的长度

【答案】①AB； ②BC。

【解析】①重物选用质量和密度较大的金属锤，减小空气阻力，以减小误差，故A正确；两限位孔在同一竖直面内上下对正，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，故B正确；验证机械能守恒定律的原理是：21222121mvmvmgh，重物质量可以消去，无需精确测量出重物的质量，故C错误；用手拉稳纸带，而不是托住重物，接通电源后，撒手释放纸带，故D错误。