实验七　验证机械能守恒定律.docx

实验七验证机械能守恒定律

装置原理图

实验步骤

注意事项

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)。

3.选纸带:从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带。

1.安装:打点计时器竖直安装，纸带沿竖直方向拉直。

2.重物:选密度大、质量大的金属块，且在靠近打点计时器处释放。

3.选纸带:点迹清晰，且第1个点与第2个点间距离接近2mm。

4.速度:vn＝hn

方案一:利用起始点和第n点计算

如果在实验误差允许的范围内，mghn＝12mvn

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12mvB2

(3)在实验误差允许的范围内，若mghAB＝12mvB2－

方案三:图像法

从纸带上选取多个点，测量从第一个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图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线

考点一教材原型实验

例1(2024·浙江6月选考,16-Ⅰ)在“验证机械能守恒定律”的实验中,

(1)下列操作正确的是。?

(2)实验获得一条纸带,截取点迹清晰的一段并测得数据如图所示。

已知打点的频率为50Hz,则打点“13”时,重锤下落的速度大小为m/s(保留3位有效数字)。?

(3)某同学用纸带的数据求出重力加速度g=9.77m/s2,并用此g值计算得出打点“1”到“13”过程重锤的重力势能减小值为5.09m,另计算得动能增加值为5.08m(m为重锤质量),则该结果(选填“能”或“不能”)验证机械能守恒定律,理由是(填选项前的字母)。?

A.在误差允许范围内

B.没有用当地的重力加速度g

跟踪训练

1.(2025·湖南邵阳高三期中)在验证机械能守恒定律的实验中,所用电源的频率为50Hz。某同学选择了一条理想的纸带,用刻度尺测得各计数点到O点的距离,如图乙所示,图中O点是打点计时器打出的第一个点,A、B、C分别是每打两个点取出的计数点。重力加速度g取9.8m/s2。

(1)从下列选项中选出实验所必需的器材,其对应的字母为。?

A.电火花计时器(包括纸带)

B.重锤

C.天平

D.秒表(或停表)

(2)若重锤的质量为1.00kg,当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了J;此时重锤的动能比开始下落时增加了J(结果均保留3位有效数字)。?

(3)一同学分析得出的实验结果是重锤重力势能的减少量小于动能的增加量。下列对造成该实验结果的原因分析正确的是。?

A.空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力

B.选用重锤的质量过大

C.交流电源的频率大于50Hz

D.交流电源的频率小于50Hz

(4)测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算对应速度v,然后以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据作出v2-h图像,如图丙所示。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为m/s2的直线,则验证了机械能守恒定律。?

A.19.6 B.9.80

C.4.90

考点二创新拓展实验

1.速度测量方法的创新

从测量纸带上

求各点速度→由光电门测速度

2.研究对象的创新

从单个物体创新为两个物体组成的系统,比如引入弹簧,来验证系统在某一过程机械能守恒。

例2(2023·天津卷,9)利用气垫导轨和光电门验证机械能守恒定律的实验,实验装置如图。已经测得:

a.遮光片宽度d

b.释放滑块时滑块上遮光片到光电门的距离l

c.钩码质量m1,滑块与遮光片质量m2

接通气源,释放钩码。则:

(1)已知滑块上遮光片通过光电门的时间Δt,滑块通过光电门时的速度为。?

(2)在滑块从释放到滑块上遮光片经过光电门这一过程中,系统重力势能减少量为,动能增加量为?

。?

(3)改变l,做多组实验,作出以l为横坐标,以dΔt2为纵坐标的图像,如图。若机械能守恒定律成立,则图像斜率为

例3(2022·河北卷,11)某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律,实验装置如图甲所示。弹簧的劲度系数为k,原长为L0,钩码的质量为m。已知弹簧的弹性势能表达式为Ep=12kx2,其中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量,当地的重力加速度大小为g

(1)在弹性限度内将钩