实验六验证机械能守恒定律
2015届一轮课件实验六 验证机械能守恒定律
2．偶 然 误 差
： 本 实 验 的 另 一 误 差 来 源 于 长 度 的 测 量 ， 属 方 法 是 测 量 物 体 的 下 落 距 离 时 ， 所
于 偶 然 误 差 ． 减 小 误 差 的
选 的 距 离 尽 可 能 大 一 些 ， 或 者 多 次 测 量 取 平 均 值 ．
菜
单
高三一轮总复习·物理
明 考 向 · 两 级 集 训
提 考 能 · 考 题 细 研
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～ 5 次 实 验 ．
菜
单
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固 考 基 · 实 验 探 究
3．选 纸 带 分 两 种 情 况 说 明 1 () 如 果 根 据 一 条 直 线 ， 且 1 2 mv ＝m g h 验 证 时 ， 应 选 点 迹 清 晰 ， 打 点 成 2 1、2 两 点 间 距 离 小 于 或 接 近 2 m m 2 m m 的 纸 带 ． 若
出 ， 如 图
图 5－ 6－ 1
菜
单
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实 验 器 材
固 考 基 · 实 验 探 究
铁架台 (含铁夹 )， 打 点 计 时 器 ， 学 生 电 源 ， 纸 带 ， 复 写 纸 ， 导 线 ， 毫 米 刻 度 尺 ， 重 物 注 意 事 项 1． 打 点 计 时 器 要 稳 定 地 固 定 在 铁 架 台 上 ， 打 点 计 时 器 平 面 与 纸 带 限 位 孔 调 整 在 竖 直 方 向 ， 以 减 小 摩 擦 阻 力 ．
明 考 向 · 两 级 集 训
律 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 ， 况 且 用
2015届高三物理大一轮复习：实验六 验证机械能守恒定律
的物理量为________、________，验证的表达式为
____________________________________________. (2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步 骤前面的字母)． A．将打点计时器竖直安装在铁架台上
B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落
解析
(3)对图线Ⅰ：Ep＝－mgh，即 k1＝mg.
对图线Ⅱ：Ek＝(mg－Ff)h，即 k2＝mg－Ff，所以 Ff＝k1 Ff k1－k2 k1－k2 －k2，mg＝ mg ＝ . k1
答案 mgh2 (1) 接通电源 放开纸带 h3－h1 (2) 2T mh3－h12 8T2
k1－k2 (3)2.80(2.73～2.87 均可) (k1 用 mg 表示也可) k1
反思总结
数据处理的方法
1 2 方法一： 用 mv ＝mgh 验证时， 利用起始点和第 n 点计算． 2 1 2 1 2 方法二：用 mvB－ mvA＝mgΔh 验证时，任取两点计算 2 2 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，并计算各点速度的平方 v2，然后 1 2 1 2 以 v 为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据绘出 v －h 图 2 2 线．若在误差允许的范围内图线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．
热点一
实验原理与操作
【典例1】 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验
中，电源 的频率为 50 H z ， 依 次打出的 点为 0,1,2,3 ，
4，„n.则：
图1
(1) 如用第 2 点到第 6 点之间的纸带来验证，必须直接测量 的物理量为________、________、________，必须计算出
高中物理实验【验证机械能守恒定律】内容+典例
图1图2实验:验证机械能守恒定律一、实验目的通过实验验证机械能守恒定律．二、实验原理如图1所示，质量为m 的物体从O 点自由下落，以地面作为零重力势能面，如果忽略空气阻力，下落过程中任意两点A 和B 的机械能守恒即12mv 2A ＋mgh A ＝12mv 2B ＋mgh B 上式亦可写成12mv 2B －12mv 2A ＝mgh A －mgh B . 等式说明，物体重力势能的减少等于动能的增加．为了方便，可以直接从开始下落的O 点至任意一点(如图1中A 点)来进行研究，这时应有：12mv 2A ＝mgh ，即为本实验要验证的表达式，式中h 是物体从O 点下落至A 点的高度，v A 是物体在A点的瞬时速度．三、实验器材打点计时器，低压交流电源，带有铁夹的铁架台，纸带，复写纸，带夹子的重物，刻度尺，导线两根．四、实验步骤1．安装置：按图2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3～5次实验．3．选纸带：分两种情况说明(1)用12mv 2n ＝mgh n 验证时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离略小于或接近2 mm 的纸带．(2)用12mv 2B －12mv 2A ＝mg Δh 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，只要后面的点迹清晰就可选用．五、数据处理方法一：利用起始点和第n 点计算代入mgh n 和12mv 2n ，如果在实验误差允许的条件下，mgh n 和12mv 2n 相等，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h AB，算出mgh AB.(2)算出12mv2B－12mv2A的值．(3)在实验误差允许的条件下，若mgh AB＝12mv2B－12mv2A，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，并计算各点速度的平方v2，然后以12v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出12v2－h图线．若在误差允许的范围内图线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．六、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(如空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔE k稍小于重力势能的减少量ΔE p，即ΔE k<ΔE p，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值来减小误差．七、注意事项1．打点计时器要稳定的固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，以减小摩擦阻力．2．应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小．3．实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带．4．测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完．5．速度不能用v n＝gt n或v n＝2gh n计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用v n＝gt n计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算．同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用h n＝12gt2n或h n＝v2n2g计算得到．记忆口诀自由落体验守恒，阻力减小机械能.仪器固定竖直向，先开电源物后放.开头两点两毫米，从头验证式容易.不管开头看清晰，任取两点就可以.图象验证也很好，关键记住两坐标.例1某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图3所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验．图1(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是__________，理由是_______________________________。
高三物理一轮复习专题实验6 验证机械能守恒定律(含解析)
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!m v2。
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x n－1和x n＋1(或用h n－1和h n＋1）,然后由公式v n＝错误!或由v n＝错误!可得v n(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!m v2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!m v错误!－错误!m v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。
实验六 验证机械能守恒定律
J) J)
4.892 5.04
9.786 10.1
14.69 15.1
19.59 20.0
29.38 29.8
他发现表中的Δ Ep 与Δ Ek 之间存在差异， 认为这是由于空气阻力造成的． 你是否同意他的
考点互动探究
[答案] (1)B (2)1.50(1.49～1.51 都算对) 1.50(1.49～1.51 都算对) (3)不同意，因为空气阻力会造成Δ Ek 小于Δ Ep，但表中Δ Ek 大于Δ Ep. l (4)分别测出光电门和球心到悬点的长度 L 和 l， 计算Δ Ek 时， 将 v 折算成钢球的速度 v′＝L v.
考点互动探究
误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为 g 的直线， 则说明实验过程中的机械能守恒． 2．误差分析 (1)空气阻力及摩擦阻力的存在产生系统误差： 本实验中， 由于重物和纸带在下落过程中要 克服空气阻力、打点计时器对纸带的摩擦阻力做功，因此动能的增加量ΔEk 稍小于重力势 能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp. (3)打点计时器产生的误差：①由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误 差．当交流电的频率升高时，实际打点时间间隔小于理论时间间隔，导致测得的速度小于 实际速度；②计数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置方法不正确引起摩擦，造成 实验误差．
2
考点互动探究
变式题 [2016· 北京卷 ] 利用图 S6 5 装置做“验证机械能守恒定 律”实验． (1)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图 S66 所示的一条纸 带．在纸带上选取三个连续打出的点 A、B、C，测得它们到起始点 O 的距离分别为 hA、hB、hC. 已知当地重力加速度为 g，打点计时器打点的周期为 T.设重物的质 量为 m.从打 O 点到打 B 点的过程中，重物的重力势能变化量Δ Ep ＝________，动能变化量Δ Ek＝________． 图 S65
2025年高考物理总复习实验六验证机械能守恒定律
实验六验证机械能守恒定律知识巩固练1.某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6 V的交变电流和直流电，交变电流的频率为50 Hz.重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律.(1)他进行了下面几个操作步骤：A.按照图示的装置安装器件；B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C.用天平测出重锤的质量；D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；E.测量纸带上某些点间的距离；F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其增加的动能.其中没有必要进行的步骤是____________，操作不当的步骤是__________.(填选项字母) (2)这位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图乙所示，其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点.根据纸带上的测量数据，可得出打B点时重锤的速度约为______m/s.(保留3位有效数字)(3)他根据纸带上的数据算出各点的速度v，量出下落距离h，并以v2为纵轴、h为横轴画出2图像，应是下列图中的______.A B C D【答案】(1)C B(2)1.84(3)C【解析】(1)应将打点计时器接到电源的“交流输出”上，故B错误，操作不当；因为是比mv2的大小关系，故m可先约去再比较，不需要用天平，故C没有必要.较mgh、12(2)匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出B点的速度大小v B＝x ACt AC ＝0.216 8-0.143 12×0.02m/s≈1.84 m/s.(3)他继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以v22为纵轴、以h为横轴画出图像，根据12v2＝gh，所以应是C图.2.(2023年佛山一中模拟)甲、乙都是使用电磁打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置图.(1)较好的装置是________(填“甲”或“乙”).(2)某同学用关系式mgh＝12mv2来验证机械能是否守恒，他采用较好的装置进行实验，得到如图丙所示的一条完整纸带，将纸带上打出的第一个点标为A点，第二个点标为B点，后面依次类推，分别标为C、D、E、F、G、H、I，则在D点时重物运动的速度大小为______m/s.(计算结果保留两位有效数字)(3)若当地重力加速度g取9.80 m/s2，比较重物在A、D间的势能变化ΔE p和动能变化ΔE k 的大小关系为ΔE k______ΔE p(填“＞”“＝”或“＜”)，分析造成的原因是_【答案】(1)甲(2)0.90(在0.90~0.92范围)(3)＞实验时先释放纸带后接通电源(即A点的速度不等于零)【解析】(1)甲好一些.因为用夹子固定纸带，可以避免由于手的抖动会造成纸带上的第一个点迹被拖长或位置不能确定；另一方面，用夹子固定纸带，便于将纸带调整为竖直方向，以避免纸带与打点计时器限位孔之间产生过大的摩擦.(2)D点的瞬时速度等于CE段的平均速度，则v D＝x CE2T＝0.90 m/s.(3)从起点A到打下计数点D的过程中重力势能减少量是ΔE p＝mgh＝m×9.8×0.0350 J≈0.34mJ.动能的增加量ΔE k＝12mv D2＝0.41m J，可见重力势能的减小量小于动能的增加量，原因是实验时先释放纸带后接通电源，(即A点的速度不等于零).综合提升练3.登上月球的宇航员利用频闪仪(频率为每秒20次)给自由落体的小球拍摄的频闪照片如图所示(图上所标数据为小球到达各位置时下落的高度)，则：(1)月球表面重力加速度为________m/s 2.(保留2位有效数字)(2)月球表面没有空气，因此做能量守恒实验具有更好的条件.假设月球表面重力加速度为上述计算值，小球的质量为m ，则小球从O 点由静止开始下落到E 处增加的动能的表达式为____________(距离用OA 、AB 、BC 等字母表示，频闪时间间隔为T ).从O 点开始下落到E 点的过程中减少的势能表达式为________________(月球表面重力加速度用g 月表示)，由照片上的数据可以计算并判断出小球下落过程中机械能________(填“守恒”或“不守恒”).【答案】(1)1.6 (2)ΔE k ＝18m DF 2T 2 ΔE p ＝mg 月OE 守恒4.(2023年广州一中模拟)某同学要验证机械能守恒定律，设计了如下实验.如图甲所示，把带孔的重金属球套在“L ”形轻杆的直角弯头上，把球拉到一定高度后，由静止释放，在重力作用下，重球和轻杆一起绕转轴O 自由下摆.(1)如图乙所示，在轻杆转动轴的正下方装有一个横挡杆，把重球拉高当球的重心到达A 点时由静止释放，当“L ”形轻杆运动到竖直位置时，被横挡杆挡住，重球便离开“L ”形轻杆沿水平方向抛出.用游标卡尺测量重球的直径如图丙所示，则重球的直径d ＝______mm.(2)该同学测得的物理量有A 点距离地面的高度H ，球的重心最低点B 距离地面的高度h ，重球落地点到B 点的水平距离x ，重力加速度为g .设重球在B 点的速度为v ，由于重球不能看作质点，根据平抛运动规律，v 可以表示为__________(用h 、g 、d 、x 表示).若满足关系式x ＝________(用H 、h 、d 表示)即可验证机械能守恒.【答案】14.15 √g 2h -dx ＝√2(H -h )(2h -d ) 【解析】(1)由题图丙可知，主尺刻度为14 mm ，游标尺第3格与主尺刻线对齐，且该游标卡尺为20分度，精度为0.05 mm ，游标卡尺不估读，所以其读数为14.15 mm .(2)重球在落到水平地面后，重球的尺寸不能忽略，根据平抛运动的规律，竖直方向有h -d 2＝12gt 2，水平方向有x ＝vt ，联立解得v ＝x √g2h -d .若想验证机械能守恒，需满足关系式mgH -mghmv2，将v代入整理得x＝√2(H-h)(2h-d).＝12。
2011版物理一轮精品复习学案：实验六 验证机械能守恒定律(必修2)
实验六验证机械能守恒定律【考纲知识梳理】一、实验目的验证机械能守恒定律二、实验原理物体在自由下落过程中，重力势能减少，动能增加。
如果忽略空气阻力，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能的减少等于动能的增加。
设物体的质量为m，借助打点计时器打下纸带，由纸带测算出至某时刻下落的高度h及该时刻的瞬时速度v；进而求得重力势能的减少量│△E p│=mgh和动能的增加量△E K=1/2mv2；比较│△E p│和△E K，若在误差允许的范围内相等，即可验证机械能守恒。
测定第n点的瞬时速度v n：依据“物体做匀变速直线运动，在某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度”，用公式v n=（h n+1-h n-1）/2T计算(T为打下相邻两点的时间间隔)。
三、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)，交流电源，纸带(复写纸片)，重物(带纸带夹子)，导线，刻度尺，铁架台(带夹子)。
【要点名师精解】一、实验步骤1、按图装置固定好计时器，并用导线将计时器接到电压合适的交流电源上(电火花计时器要接到220 V交流电源上，电磁打点计时器要接到4 V～6 V的交流低压电源上)。
2、将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方。
3、接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点。
4、换几条纸带，重做上面的实验。
5、从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的距离接近2 mm且点迹清晰的纸带进行测量。
6、在挑选出的纸带上，先记下打第一个点的位置0(或A)，再任意选取几个点1、2、3(或B、C、D)等，用刻度尺量出各点到0的距离h1、h2、h3等，如图所示。
7、用公式v n=（h n+1-h n-1）/2T计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3等。
8、计算出各点对应的势能减少量mgh n和动能的增加量1/2mv n2的值，进行比较，得出结论。
实验06 验证机械能守恒定律(解析版)
实验六 验证机械能守恒定律【实验要求】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．3．选纸带：(1)用mgh ＝12m v 2来验证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离接近2 mm 的纸带．(2)用12m v 2B －12m v 2A ＝mg Δh 验证时，只要A 、B 之间的点迹清晰即可选用． 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【方法规律】一、验证方案方案一：利用起始点和第n 点计算．代入gh n 和12v 2n ，如果在实验误差允许的范围内，gh n ＝12v 2n ，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h AB ，算出gh AB . 2．算出12v 2B －12v 2A 的值． 3．如果在实验误差允许的范围内，gh AB ＝12v 2B －12v 2A，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v 2，然后以12v 2为纵轴，以h 为横轴，绘出12v 2－h 图线，若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．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．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ΔE k ＝12m v 2n必定稍小于重力势能的减少量ΔE p ＝mgh n ，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．3．测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用v n ＝d n ＋1－d n －12T，不能用v n ＝2gd n 或v n ＝gt来计算．【考点剖析】考点一对实验原理和误差分析的考查例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v B＝________m/s(保留两位有效数字)，若再求得D点对应的速度为v D，测出重物下落的高度为h BD，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．【解析】(1)由实验原理知，应让重物在松开手后做自由落体运动；根据机械能守恒，mgΔh＝12m(v22－v21)，整理后，得gΔh＝12(v22－v21)，所以，不需要测量质量．(2)B点速度等于AC段的平均速度，v B＝AC2T＝0.19 m/s；根据实验原理知，还应计算12(v2D－v2B)与gh BD，看两者大小是否相等．(3)重物距离桌面太近，会落到桌面上；B、D间时间间隔太短，实验误差较大．【答案】(1)自由落体不需要(2)0.1912(v2D－v2B)gh BD(3)重物会落在桌面上(或“纸带打点过短”等与此类似的答案)B、D两点间时间间隔过短考点二 对实验数据处理的考查例2、用如图甲所示的实验装置验证m 1、m 2组成的系统机械能守恒．m 2从高处由静止开始下落，m 1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m 1＝50 g 、m 2＝150 g ，则：(结果均保留两位有效数字)甲乙(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ΔE k ＝________J ，系统势能的减少量ΔE p ＝________J ；(取当地的重力加速度g ＝10 m/s 2)(3)若某同学作出12v 2－h 图象如图丙所示，则当地的重力加速度g ＝________m/s 2.丙【解析】 (1)v 5＝(21.60＋26.40)×10－20.1×2m/s ＝2.4 m/s.(2)ΔE k ＝12(m 1＋m 2)v 2－0≈0.58 JΔE p ＝m 2gh －m 1gh ＝0.60 J.(3)由(m2－m1)gh＝12(m1＋m2)v2知v22＝(m2－m1)ghm1＋m2即图象的斜率k＝(m2－m1)gm1＋m2＝5.821.20解得g＝9.7 m/s2.【答案】(1)2.4(2)0.580.60(3)9.7例3、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＝3.8×10－3m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Δt i，与图中所示的高度差Δh i，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)d(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v i ＝dΔt i求出的，请你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ΔE k －Δh 图象中正确的是________．【解析】 (2)v ＝d t ＝3.8×10－30.90×10－3m/s ＝4.22 m/s ，Mg Δh ＝9.8×0.41M ＝4.02M .(3)从表中数据可知，在误差范围内，动能的增加量与重力势能的减少量相等． (4)由ΔE k ＝Mg Δh ，则动能的变化与高度成正比，C 正确． 【答案】 (1)极短时间内平均速度近似等于瞬时速度 (2)4.22 4.02M(3)在误差范围内重力势能减少量等于动能的增加量 (4)C【模拟演练】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【解析】选D.A 选项中，纸带过短，长度测量的相对误差较大，故A 错误；由12m v 2＝mgh 知，只需验证12v 2＝gh 即可，不必测重物质量，故B 错误；对C 选项中的纸带，可选点迹清晰、距离合适的任意两点M 、N ，通过计算ΔE k ＝12m v 2N －12m v M 2与mghMN 比较，实验误差不一定大，故C 错误；由于自由落体加速度较大，因此除去1、2两点距离可能很小，其他相邻两点间的距离均大于或远大于2 mm ，用毫米刻度尺测量完全可以，不必采用“计数点”法，故D 正确．【答案】D2．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vB ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并通过v ＝2gh 计算出瞬时速度vC ．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 ，并通过h ＝v 22g计算出高度hD ．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【解析】选D.在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g ，只能把它当做未知的定值，所以正确方案只有D 项．【答案】D3．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x 1、x 2、x 3、x 4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．【答案】(1)C D (2)mg (x 3－x 1)mx 4(x 4－2x 2)8T 2小于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/s 2，那么(1)计算B 点的瞬时速度时，甲同学采用v 2B ＝2gx OB ，乙同学采用v B ＝x AC2T ，其中________(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)【解析】由该实验的原理可知，实验中的速度不能用自由落体运动规律来计算，因此乙同学的方法更符合实验要求．由于要验证机械能守恒定律，因此要代入当地的重力加速度，而不是纸带的加速度，所以丙同学的做法正确；由牛顿运动定律结合纸带中得到的实际加速度可以计算出阻力．【答案】(1)乙 (2)丙 (3)0.065．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/s 2，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ΔE p ＝________J ，动能增加量ΔE k ＝________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 及物体下落的高度h ，则以v 22为纵轴，以h 为横轴画出的图象是如图中的________．【解析】(1)由题中所给数据，只可求出B 点的速度，故选取OB 段来验证机械能守恒定律． (2)ΔE p ＝mg ·OB ＝1.00×9.80×0.192 0 J ＝1.88 JΔE k ＝12m v 2B ＝12×1.00×⎣⎢⎡⎦⎥⎤(23.23－15.55)×10－22×0.022J ＝1.84 J. (3)由mgh ＝12m v 2得：v 22∝h ，故A 正确．【答案】(1)B (2)1.88 1.84 (3)A6．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Δt 1________Δt 2(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Δt 1、Δt 2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．【解析】(1)导轨水平时，滑块做匀速运动，Δt 1＝Δt 2. (2)d ＝5 mm ＋0×0.1 mm ＝5.0 mm.(4)滑块通过光电门的速度为v 1＝d Δt 1，v 2＝d Δt 2，M 、m 组成的系统机械能守恒，则mgL ＝12(M ＋m )⎝⎛⎭⎫d Δt 22－12(M ＋m )⎝⎛⎭⎫d Δt 12. 【答案】(1)＝ (2)5.0 (3)滑块质量M 两光电门间距L11 (4)mgL ＝12(M ＋m )⎝⎛⎭⎫d Δt 22－12(M ＋m )⎝⎛⎭⎫d Δt 12。
实验六 验证机械能守恒定律
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(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤 前面的字母)。
A．将打点计时器竖直安装在铁架台上 B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落 C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验 D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用 手提着纸带 E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度 h1，h2， h3，…，hn，计算出对应的瞬时速度 v1，v2，v3，…，vn F．分别算出12 mvn2 和 mghn，在实验误差范围内看是否相等
(4)选纸带：点迹清晰，且所选用的点在同一 条直线上 (5)求速度：应用 vn＝hn＋12－Thn－1 ，不能用 vn＝ 2ghn 或 vn＝gt 计算
二、数据处理
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方案一：利用起始点和第 n 点计算
代入 mghn 和12 mvn2，如果在实验误差允许的范围内，mghn
和12 mvn2 相等，则验证了机械能守恒定律。 方案二：任取两点计算
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(1)在纸带上打下计数点 5 时的速度 v5＝______m/s。 (2)在打下第“0”点到打下第“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) (3)若某同学作出12 v2h 图像如图丙所示，则当地的重力 加速度 g＝________ m/s2。
＝12 (m＋M)Δdt2 2 －12 (m＋M)Δdt1 2 来验证系统机械能 是否守恒。
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[解析] (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，当题图乙中的Δt1＝Δt2 时，说明滑块 已经匀速运动，说明气垫导轨已经水平。
(2)用游标卡尺测遮光条宽度 d，则 d＝5.0 mm。 (3)滑块经过两个光电门的速度分别为：Δdt2 和Δdt1 ，钩 码重力势能的减少量为 mgL，要验证的关系是 mgL＝12 (m＋ M)Δdt2 2 －12 (m＋M)Δdt1 2 ，故还应测出滑块(含遮光条)的 质量 M 和两光电门间距离 L。
2021届高考物理一轮复习学案：实验6验证机械能守恒定律
(2)在纸带上打下计数点 5 时物体的速度为 v＝21.60＋26.40×10－2 m/s＝2.4 m/s。 2×0.1
(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A 点)下滑，测量相应的 s 与 t 值，结果如表所示：
s/m
0.600
0.800 1.000 1.200 1.400
t/ms
8.22
7.17
6.44
5.85 5.43
1 /×104 s－2 t2
1.48
1.95
2.41
2.92 3.39
1 以 s 为横坐标， 为纵坐标，在坐标纸中描出第 1 和第 5 个数据点；根据 5 个数据点作直线，求得该直线的斜
2 g＝________m/s2。
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【解题法】 验证“机械能守恒定律”实验中瞬时速度的处理思想与方法
(1)瞬时速度的求解方法 做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于该点前后相邻两点间的平均速度。 (2)深刻理解速度计算方法的选取
要确定物体的动能，需要测出物体下落一定高度时的速度。根据已经学过的知识，有三种方法：①v＝ 2gh；
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【例题 2】 [答案] (1)BC (2)2.4 (3)0.58 0.60 在误差允许的范围内，m1、m2 组成的系统机械能守恒
(4) m1＋m2 v2 9.7 2h m2－m1
[解析] (1)应将打点计时器接到交流电源上，B 错误；应先接通电源，待打点计时器稳定工作后再释放 m2，C 错误。
【二 知识讲解】
▶1.实验装置图
▶2．实验目的 验证机械能守恒定律。 ▶3．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。 ▶4．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。 ▶5．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＝1mv2 来验证，应选点迹清晰，且 1、2 两点间距离小于或接
实验六 验证机械能守恒定律
结束
(3)实验结果显示 ΔEp＞ΔEk，那么造成这一现象的主
摩擦阻力造成的机械能损失 。 要原因是___________________________
考查实验误差分析 因空气阻力、纸带与限位孔间的阻力、滑轮轴间阻力做负功， 使系统重力势能的减少量大于系统动能的增加量。
验证机械能守恒定律
验证机械能守恒定律
结束
(3)从打 O 点到打 B 点的过程中，重物下落 hB，重力势能减少， 则重物的重力势能变化量 ΔEp＝－mghB。动能增加，则动能的
1 1 1 hC－hA2 hC－hA2 2 变化量 ΔEk＝2mvB －0＝2m －0＝2m 2T 。 2T
验证机械能守恒定律
结束
A．按照图示的装置安装器件； B．将打点计时器接到电源的直流输出端上； C．用天平测出重物的质量； D．释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸带； E．测量打出的纸带上某些点之间的距离； F． 根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等 于增加的动能。 其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤是________。(将其选 项对应的字母填在横线处)
验证机械能守恒定律
结束
(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
验证机械能守恒定律
结束
解析：(1)滑块离开弹簧后做匀速直线运动，故滑块的速 s 率 v＝ t 。 1 2 (2)根据功能关系， 弹簧的弹性势能 Ep＝2mv ， 所以要求 弹性势能，还需要测得滑块的质量，故选项 C 正确。 (3)弹簧的形变量越大，弹性势能越大，滑块离开弹簧时 的速度越大，滑块从 B 运动到 C 的时间越短，故 x 增大 时，计时器显示时间 t 将变小，故选项 B 正确。 s 答案：(1)v＝ t (2)C (3)B
实验六
5．注意事项 (1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖 直，以减小摩擦阻力； (2)实验时必须保持提起的纸带竖直， 手不动． 待接通电源， 让打点计时器工作稳定后再松开纸带．以保证第一点是一个清 晰的点； (3)测量高度 h 时， 应从起始点算起， 为减小 h 的相对误差， 选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可 在 60～80 cm；
(3)如图是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中 N 点速度时，几位同学分别用下列不同的方法进行，其中正确的 是( )
A．vN＝gnT dn＋1－dn－1 C．vN＝ 2T
sn＋sn＋1 B．vN＝ 2T D．vN＝g(n－1)T
解析 本题以“验证机械能守恒定律”为背景，考查了对 实验方案的选择和通过纸带求物体的加速度和某点的瞬时速 度，综合考查了力学实验的基本能力．
(5)验证： 1 2 1 2 方法一： 代入 gh 和2v .如果在实验误差允许的条件下， v 2 ＝gh，则机械能守恒是正确的． 方法二：①任取两点 A、B，测出 hAB，算出 ghAB； 1 2 1 2 ②算出 vB－ vA的值； 2 2 1 2 1 2 ③看在实验误差允许的条件下， AB 和2vB－2vA是否相等， gh 若相等，则机械能守恒定律是正确的．
1 2 (4)因为是通过比较2mv 和 mgh 是否相等验证机械能是否 守恒，故不需测量重物质量； (5)速度不能用 v＝gt 或 v＝ 2gh计算，因为只要认为加速 度为 g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机 械能守恒定律．况且用 v＝gt 计算出的速度比实际值大，会得 出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减 小，所以速度应从纸带上直接测量计算； (6)验证定律的题目中千万不要按习惯直接应用守恒定律 去处理问题．
2021届高考物理必考实验六：验证机械能守恒定律【含答案】
2021届高考物理必考实验六：验证机械能守恒定律1.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mv2,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)计算点n速度的方法:测出点n与相邻前后点间的距离x n和x n+1,如图所示,由公式v n=或v n=算出。
2.实验器材铁架台(含铁夹),打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,导线,毫米刻度尺,重物(带纸带夹)。
3.实验步骤(1)安装置: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3~5次实验。
(3)选纸带:分两种情况说明①用m=mgh n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m-m=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,只要后面的点迹清晰就可选用。
4.数据分析方法一:利用起始点和第n点计算。
代入gh n和,如果在实验误差允许的情况下,gh n=,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h AB,算出gh AB;(2)算出-的值;(3)在实验误差允许的情况下,若gh AB=-,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,并计算各点速度的二次方v2,然后以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出v2-h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。
(完整word)高中物理《验证机械能守恒定律》教案设计
第6讲实验六验证机械能守恒定律1．用如图1所示实验装置验证机械能守恒定律．图1通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，毫秒计时器(图中未画出)记录下挡光时间t，测出AB之间的距离h.实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．(1)为了验证机械能守恒定律，还需要测量下列哪些物理量________．A．A点与地面间的距离HB．小铁球的质量mC．小铁球从A到B的下落时间t ABD．小铁球的直径d(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度v＝________，若下落过程中机械能守恒，则1t2与h的关系式为1t2＝________.解析(1)要验证机械能守恒定律，除知道小铁球下落的高度外，还需要计算小铁球通过光电门时的速度v，因此需要测量出小铁球的直径d.(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度v＝dt.若下落过程中机械能守恒，则mgh＝12m v2，解得1t2＝2gd2h.答案(1)D(2)dt2gd2h2．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2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．图2(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(选填“>”“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平．(2)用螺旋测微器测遮光条宽度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质量为m的钩码Q相连，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．答案(1)＝(2)8.474(在8.473～8.475之间均算对)(3)滑块质量M两光电门间距离L(4)mgL＝12(M＋m)⎝⎛⎭⎪⎫dΔt22－12(M＋m)⎝⎛⎭⎪⎫dΔt123．在利用打点计时器验证做自由落体运动的物体机械能守恒的实验中．(1)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.某小组的同学利用实验得到的纸带，共设计了以下四种测量方案，其中正确的是________．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vB ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并通过v ＝2gh 计算出瞬时速度vC ．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 ，并通过h ＝v 22g 计算出高度hD ．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(2)已知当地重力加速度为g ，使用交流电的频率为f .在打出的纸带上选取连续打出的五个点A 、B 、C 、D 、E ，如图3所示．测出A 点距离起始点O 的距离为s 0，A 、C 两点间的距离为s 1，C 、E 两点间的距离为s 2，根据前述条件，如果在实验误差允许的范围内满足关系式________________________，即验证了物体下落过程中机械能是守恒的．而在实际的实验结果中，往往会出现物体的动能增加量略小于重力势能的减少量，出现这样结果的主要原因是__________________________．图3解析 (1)该实验中需要验证的是mgh ＝12m v 2，化简可得gh ＝12v 2，因此只需要了解h 和各点的瞬时速度，h 用刻度尺直接测量即可，而v 需根据匀变速直线运动的规律求解．则本题的正确选项为D.(2)由运动学的规律可知v C ＝v －AE ＝s AE t AE＝s 1＋s 24f＝(s 1＋s 2)f 4，测量可得s OC ＝s 0＋s 1，代入gh ＝12v 2，整理可得32g (s 0＋s 1)＝f 2(s 1＋s 2)2；由于纸带在运动的过程中要受到来自打点计时器的阻力，而阻力对纸带做负功，因此物体的动能增加量略小于重力势能的减少量．答案 (1)D (2)32g (s 0＋s 1)＝f 2(s 1＋s 2)2 打点计时器有阻力作用，阻力对纸带做负功4．某同学利用如图4所示的实验装置验证机械能守恒定律．该同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个点的距离h，并正确求出打相应点时的速度v.各计数点对应的数据见下表：图4计数点1234567h/m0.1240.1940.2790.3800.4970.6300.777v/(m·s－1) 1.94 2.33 2.73 3.13 3.50v2/(m2·s－2) 3.76 5.437.459.8012.3g′＝________ m/s2(保留三位有效数字)；若当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是____________________________________________．图5解析若机械能守恒，则满足v2＝2gh则v2h图线的斜率表示当地的重力加速度的2倍，所作的图线可求出斜率为19.5，故g′＝9.75 m/s2，误差允许的范围内g′＝g，故机械能守恒．答案如图所示9.75(9.69～9.79均可)图线为通过坐标原点的一条直线，所求g′与g基本相等。
2012版物理一轮精品复习学案：实验6 验证机械能守恒定律(必修2)
实验六验证机械能守恒定律【考纲知识梳理】一、实验目的验证机械能守恒定律二、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，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个点时速度的方法：如图所示,由公式可得第n个点的速度三、实验器材铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹).【要点名师透析】一、实验步骤1.仪器安装：按图示将检查、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3～5次实验.3.选纸带：分两种情况说明(1)如果根据验证时，应选点迹清晰，打点成一条直线，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)如果根据验证时，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.【例1】(2010·海南高考)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示：(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平；②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图所示，由此读出l=_______mm；③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s=______cm；④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1=____和v2=________.②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1=_____和E k2=_____.③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少ΔE p=________(重力加速度为g).(3)如果ΔE p=________，则可认为验证了机械能守恒定律.【答案】(1)②9.30③60.00(答案在59.96～60.04之间的，也给分)(3)E k2-E k1【详解】由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度当做瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间Δt可从数字计时器读出，因此，滑块过光电门的瞬时速度为，由于质量事先已用天平测出，所以，滑块的动能就是已知量了.测出动能的增加值，测出重力势能的减少值，在误差允许范围内相等，就验证了机械能守恒定律.二、数据处理1. 方法一：利用起始点和第n点计算.代入mgh n和如果在实验误差允许的条件下，mgh n和相等，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h AB，算出mgh AB.(2)算出的值.(3)在实验误差允许的条件下，若成立，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，并计算各点速度的平方v2，然后以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出图线.若在误差允许的范围内图线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.2.实验注意事项（1）打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，以减小摩擦阻力.（2）应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小.（3）实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带.（4）测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完.（5）如果不测出物体质量时，只需验证也可以验证机械能守恒定律.（6）速度不能用v n=gt n或计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用v n=gt n计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算.同样的道理，重物下落的高度h,也只能用刻度尺直接测量，而不能用计算得到.3、误差分析：（1）本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服阻力做功,故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量,这是不可避免的,属于系统误差,改进的方法是调整器材的安装,尽可能地减少阻力.（2）本实验的另一误差来源于长度的测量,属于偶然误差.减小误差的方法是测量物体的下落距离时，所选的距离尽可能大一些，或者多次测量取平均值.【例2】(1)在做“验证机械能守恒定律”的实验时，实验小组A不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了,剩下的一部分纸带上各点间的距离如图所示的数值，已知打点计时器的周期为T =0.02s,重力加速度g =9.8 m/s2;重锤的质量为m,已知S1=0.98cm, S2=1.42cm, S3=1.78cm,则记录B点时重锤的动能E KB= J(写计算式字母表示),记录C点时重锤的动能E KC=0.32m J;重锤从B点到C点重力势能变化量是 J,动能变化量是22218)(T S S m +]4)()([22143f S S s s g m +-+-J.从而可以得出结论： .（2）在验证机械能守恒定律的实验中①自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少 对实验的影响.②实验中 测定重锤的质量( 填“要”或“不要” ).③实验小组C 在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加,其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在阻力作用,因此想到可以通过该实验装置测阻力的大小. 根据已知当地重力加速度公认的较准确的值为g , 电源的频率为f , 又测量出物理量 , .他（她）们用这些物理量求出了重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F ＝ （用字母表示）.答案：⑴0.142m 0.14m 在实验误差范围内,只有重力做功时,物体的机械能守恒.⑵①空气阻力和打点计时器器对纸带的阻力②不要③相邻的两点间的位移S 1 、S 2 、S 3、S 4, 重锤的质量m ,【感悟高考真题】1.（2011·海南物理·T14）现要通过实验验证机械能守恒定律。
实验报告：验证机械能守恒定律
实验报告：验证机械能守恒定律班级 姓名 学号一、实验目的：应用自在落体运动验证机械能守恒定律 。
二、实验原理：1、机械能守恒定律的内容是：。
在本实验中，选择物体作自在落体运动来验证机械能守恒的理由是： 。
2、如下图为实验装置图，借助打点计时器打出的纸带〔如以下图所示〕，可以测出物体自在下落的 和 。
打第n 个计数点时的瞬时速度等于以该时辰为中间时辰的某一段时间内的平均速度。
即v n =T S S n n 21++=T－h h n n 211-+ 3、在只要重力做功的自在落体运动中，物体的重力势能和动能相互转化，但总的机械能坚持不变．假定物体某时辰瞬时速度为v ，下落高度为h ，那么重力势能的减大批为mgh ，动能的添加量为21m v 2，看它们在实验误差允许的范围内能否相等，假定相等那么验证了机械能守恒定律．三、实验器材： 四 、实验步骤和数据处置1．按上图装配器材，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运动在接近打点计时器的中央．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自在下落。
改换纸带重复做3～5次实验． 3．选纸带：分两种状况说明⑴用n n mgh mv =221验证 这是以纸带上第一点〔起始点〕为基准验证机械能守恒定律的方法。
由于第一点应是重物做自在落体运动末尾下落的点，所以应选取点迹明晰且第1、2两点间的距离接近2mm 的纸带。
⑵用h mg mv mv A B ∆=-222121验证 这是逃避起始点的人为不确定性，在纸带上选择前面明晰的任两点验证机械能守恒定律的方法。
由于重力势能的相对性，处置纸带时选择适当的点A 为基准点，只需计算出到前面任一0 1 23n-1nn+1S 1 S 2S 3 S nS n+1h n-1h n+1点B 进程中的势能减大批和动能增量就可以了。
这样，纸带上打出起始点0后的第一个0.02s 内的位移能否接近2mm ，以落第一个点能否明晰也就有关紧要了。
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实验六验证机械能守恒定律
1．用如图5-6-9所示实验装置验证机械能守恒定律．通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经
过光电门B时，毫秒计时器(图中未画出)记录下
挡光时间t，测出AB之间的距离h.实验前应调整
光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中
的激光束．
(1)为了验证机械能守恒定律，还需要测量下列哪些物理量
________．
A．A点与地面间的距离H
B．小铁球的质量m
C．小铁球从A到B的下落时间t AB
D．小铁球的直径d
(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度v＝________，若下落过
程中机械能守恒，则1
t2
与h的关系式为
1
t2
＝________.
2．在利用打点计时器验证做自由落体运动的物体机械能守恒的实验中．
(1)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.某小组的同学利用实验得到的纸带，共设计了以下四种测量方案，其中正确的是________．
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v＝2gh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速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝
v2
2g
计算出高度h
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
(2)已知当地重力加速度为g，使用交流电的频率为f.在打出的纸带上选取连续打出的五个点A、B、C、D、E，如图5-6-10所示．测出A点距离起始点O的距离为s0，A、C两点间的距离为s1，C、E两点间的距离为s2，根据前述条件，如果在实验误差允许的范围内满足关系式________________________，即验证了物体下落过程中机械能是守恒的．而在实际的实验结果中，往往会出现物体的动能增加量略小于重力势能的减少量，出现这样结果的主要原因是
3．(2013·苏北四市调研)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5-6-11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(选填“>”“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平．
(2)用螺旋测微器测遮光条宽度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质量为m的钩
码Q相连，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．
4．某同学利用如图
5-6-12所示的实验装置验证机械能守恒定律．该同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个点的距离h，并正确求出打相应点时的速度v.各计数点对应的数据见下表：
锤下落的加速度g ′＝________ m/s 2
(保留三位有效数字)；若当地的重力加速度g ＝9.80 m/s 2
，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是____________________________________________． 5、某同学用图（a ）所示的实验装置验证机械能守恒定律。
已知打点计时器所用电源的频率为50Hz ，当地重力加速度为g=9.80m/s 2。
实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图
（b ）所示。
纸带上的第一个点记为O ，另选连续的三个点A 、B 、C 进行测量，图中给出了这三个点到O 点的距离h A 、h B 和h C 的值。
回答下列问题（计算结果保留3位有效数字）
（1）打点计时器打B 点时，重物速度的大小v B = m/s; （2）通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析
的依据。
6、（新课标卷） (4分)如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为：带铁
夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平.回答下列问题
(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有______.(填入正确选项前的字母)
A 、米尺
B 、秒表
C 、0～12V 的直流电源
D 、0～12V 的交流电源
(2)实验中误差产生的原因有______.(写出两个原因)
7.（10海南）14．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图1所示： (1)实验步骤：
①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于lm ，将导轨调至水平；
②用游标卡尺测量挡光条的宽度l ，结果如图2所示，由此读出l =________mm ； ③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离
s =__________m ；
④将滑块移至光电门1左侧某处，待
图b
砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；
⑤从数字计时器（图1中未画出）上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间1t ∆和2t ∆；
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M ，再称出托盘和砝码的总质量m 。
(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式： ①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为
1=
v __________和2=v ________。
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为
k1E =
___________和
k 2E =
__________。
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少
P E ∆=
_______(重力加速度为g )。
(3)如果P E ∆=______________，则可认为验证了机械能守恒定律。
8.（08江苏）11．(10分)某同学利用如图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s ．
(1)若轨道完全光滑，s 2
与h 的理论关系应满足s 2
＝ (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：
请在坐标纸上作出s 2
--h 关系图．
(3)对比实验结果与理论计算得到的s 2--h 关系图线(图中已画出)，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s 2
--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 ．。