2026版红对勾一轮复习讲与练高考物理第六章　第6讲　实验七：验证机械能守恒定律.docxVIP

第6讲实验七：验证机械能守恒定律

原理装置图

操作要求

注意事项

自由落体运动物体的重力势能的减少量等于对应过程动能的增加量

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．选带：点迹清晰，且第1个点和第2个点间距离接近2mm。

4．速度：应用vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)，不能用vn＝eq\r(2ghn)或vn＝gt计算

数据

处理

方案一：利用起始点和第n点计算

代入mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，如果在实验误差允许的范围内，mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)相等，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hAB，算出mghAB。

(2)算出eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)的值。

(3)在实验误差允许的范围内，若mghAB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)，则验证了机械能守恒定律。

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eq\f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出eq\f(1,2)v2－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，则验证了机械能守恒定律

误差

分析

1.系统误差：本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、摩擦阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEkΔEp。改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。

2．偶然误差：本实验在长度测量时产生的误差。减小误差的办法是测下落距离时都从第一个点量起，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

考点一教材原型实验

【典例1】在做验证机械能守恒定律的实验中，小王用如图甲所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，纸带的其中一部分如图乙所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。

(1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是阻力与重力之比更小(或其他合理解释)。

(2)已知交流电频率为50Hz，重物质量为200g，当地重力加速度g取9.80m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|＝0.547J，打下C点时重物的动能EkC＝0.588J(结果均保留三位有效数字)。比较EkC与|ΔEp|的大小，出现这一结果的原因可能是C。

A．工作电压偏高

B．存在空气阻力和摩擦力

C．接通电源前释放了纸带

【解析】(1)在“验证机械能守恒定律”实验中，阻力越小越好，体积和形状相同的重物，密度大的阻力与重力之比更小。

(2)由题图乙可知O点和C点之间的距离为xOC＝27.90cm，因此重物重力势能的减少量为|ΔEp|＝mgxOC＝0.2×9.8×0.2790J≈0.547J，匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，因此打下C点时重物的速度大小vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(0.330－0.233,2×0.02)m/s＝2.425m/s，因此重物动能的增加量为EkC＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)＝eq\f(1,2)×0.2×2.4252J≈0.588J。比较可知|Ep|EkC，工作电压偏高不会影响实验的误差，存在摩擦力会使重力势能的减少量大于动能的增加量，只有提前释放了纸带，纸带的初速度不为零，下落到同一位置的速度偏大才会导致动能的增加量大于重力势能的减少量，故选C。

1．如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。(重力加速度g取9.80m/s2)

(1)选出一条纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为50Hz的交变电流。用分度值为1mm的刻度尺测得OA＝12.41cm，OB＝18.90cm，OC＝27.06cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一点，重锤的质量为1.00kg。甲同学根据以上数据算出：当打点计时