第二十讲 实验：验证机械能守恒定律 能量守恒定律

第二十讲实验：验证机械能守恒定律能量守恒定律

1. 机械能守恒条件是指系统中只有重力或弹力做功．如果系统外力与重力或弹力相比时，也可以认为近似守恒．

2. 电火花打点计时器工作电压为交流V，电磁打点计时器工作电压为交流，它们的打点周期均为s.

3. 能量守恒定律：能量既不会，也不会，它只能从或者，在，能量的总量保持不变．

1. 验证机械能守恒定律的实验中，重锤拖着纸带自由下落，通过对纸带的测量获取数据进行验证．实验中的几点说明：

(1) 要先接通电源后再松开纸带．

(2) 选取第一、二两点间距离接近2mm，并且点迹清晰的纸带进行测量．

(3) 为减小误差，重锤要选重一些的好．

(4) 选取某个点，用刻度尺测量第一个点到该点的距离h，测量该点的前后两点间的距

离x n＋x n＋1，计算该点时的速度v n＝x n＋x n＋1

2T；比较gh与

1

2v

2

n

是否近似相等，若是，则验证

了机械能守恒．

2. 误差分析

(1) 做好本实验的关键是尽量减小重物下落过程中的阻力，但阻力不可能完全消除．本实验中，误差的主要来源是纸带摩擦和空气阻力．由于重物及纸带在下落中要不断地克服阻力做功，因此物体动能的增加量必稍小于重力势能的减少量，这是系统误差．减小系统误差的方法可以选用密度大的实心重物，重物下落前纸带应保持竖直，选用电火花计时器等．

(2) 由于测量长度会造成误差，属偶然误差，减少办法一是测距离时都应从起点0量起，下落高度h适当大些(过小，h不易测准确；过大，阻力影响造成的误差大)，二是多测几次取平均值．

3. 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，大到宇宙天体，小到原子核内部，只要有能量转化或转移，就一定服从能量守恒定律．能量守恒定律的成立不需要条件，任何情况下都成立．

4. 热能和光能散发到周围环境中去，变为环境内能，我们无法收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散．能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了．

【例1】(2017届南通中学模拟)下列说法中正确的是()

A. 机械能守恒是自然界遵循的普遍规律

B. 能量守恒表明，节约能源是无意义的

C. 随着科技的发展，永动机是可以制成的

D. 能量的耗散反映出自然界宏观过程的方向性

笔记：

【例2】(2018届镇江学业水平模拟)在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是()

A. 实验中，需用天平测出重物的质量

B. 实验中，需用秒表测出重物下落的时间

C. 可以用公式v＝gt来计算重锤的速度

D. 实验时，应先接通电源，再释放纸带

笔记：

【例3】(2016届盐城中学模拟) 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50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg.甲、乙、丙三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0.18cm、0.19cm和0.25cm.可见其中肯定有一位学生在操作上有错误，错误操作是．

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到第一个点的距离如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02s)．那么：

(1) 纸带端与重物相连．

(2) 打点计时器打下计数点B时，物体的速度v B＝．

(3) 从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是ΔE p＝，此过程中物体动能的增加量ΔE k＝．(取g＝9.8m/s2)

(4) 通过计算，数值上ΔE p＝(选填“>”“＝”或“<”)ΔE k，这是因为．

(5) 实验的结论是．

笔记：

1. (2014年江苏省普通高中学业水平测试)崔牛先生向客户推介他设计的“超级推进器”，该推进器由超导体、激光器、制冷剂以及计算机控制系统组成，其神奇之处在于能通过自身的循环工作，源源不断地获得动力，而不需要消耗任何能源．事实上，这是不可能实现的，因为他的设计违反了()

A. 质量守恒定律

B. 电荷守恒定律

C. 机械能守恒定律

D. 能量守恒定律

2. (2016年江苏省普通高中学业水平测试)在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列释放纸带的操作正确的是()

A B C D

3. (2014年江苏省普通高中学业水平测试)“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示. 关于该实验，下列说法正确的是()

A. 重物应选用密度小的物体

B. 两个限位孔应在同一竖直线上

C. 打点计时器应接低压直流电源

D. 应先释放纸带，后接通电源

4. (2015年江苏省普通高中学业水平测试)如图甲所示为打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置．

甲乙

(1)通过研究重物自由下落过程中增加的与减少的重力势能的关系，从而验证机械能守恒定律．

(2)实验中打点计时器应接(选填“直流”或“交流”)电源. 正确操作得到

的纸带如图乙所示，O点对应重物做自由落体运动的初始位置，从合适位置开始选取的三个连续点A、B、C到O点的距离如图，已知重物的质量为m，重力加速度为g.则从打下

O点到B点的过程中，重物减少的重力势能为．

1. (2018届宿迁学业水平模拟)下列说法中错误的是()

A. 能量既不会创生也不会消失

B. 石沉水底，石头的能量消失了

C. 某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加

D. 不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的

2. (2018届连云港学业水平模拟)如图所示是蹦床运动员在空中表演的情景．在运动员从最低点开始反弹至即将与蹦床分离的过程中，下列说法正确的是()

A. 蹦床对人的弹力增大

B. 弹性势能增大

C. 动能增大

D. 重力势能增大

3. (2017届无锡学业水平模拟)在研究自由落体运动的实验中，某同学打出了一条纸带，