1、1实验 6.1 验证机械能守恒定律【高考导航】抢分题型题型 1 实验原理与操作题型 2 实验数据的处理与误差分析题型 3 实验创新设计实验目的 验证机械能守恒定律。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12等则验证了机械能守恒定律。2计算打第 n个点速度的方法：测出第 n个点与相邻前后点间的距离 xn和 xn1 ，由公式 vn 或 vn 算出，如图实1 所示。xn xn 12T hn 1 hn 12T
2、图实1题型 1 实验原理与操作例 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 Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4n.则：(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2E选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度 h1、 h2、 h3hn，计算出对应的瞬时
3、速度 v1、 v2、 v3vnF分别算出 mv 和 mghn，在实验误差范围内看是否相等12 2n答案 (1)第 2点到第 6点之间的距离 h26第 1点到第 3点之间的距离 h13第 5点到第 7点之间的距离 h57第 2点的瞬时速度 v2 第 6点的瞬时速度 v6mgh26 mv mv12 26 12 2(2)ADBCEF解析 总结 计算速度时应根据“匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度”进行求解，而不能用 v gt进行求解。针对训练：“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图实5 所示的甲或乙方案来进行。3(1)比较这两种方案，_(填“甲”或“乙”)方案好些。(2)
4、该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带。请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方：_；_。(3)该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁所示。已知相邻两个计数点之间的时间间隔 T0.1 s。则物体运动的加速度 a_；该纸带是采用_(填“甲”或“乙”)实验方案得到的。答案 (1)甲 (2)打点计时器接了直流电源 重物离打点计时器太远 (3)4.8 m/s 2 乙题型 2 实验数据的处理和误差分析例 2 (邹城联考)“验证机械能守恒定律”的实验装置如图实6 所示采用重物自由下落的方法：(1)实验中，下面哪些测量工具是必需的（ ）A天平 B直流电源 C刻度尺 D
5、秒表(2)已知打点计时器所用电源的频率为 50 Hz，当地的重力加速度 g9.80 m/s 2，所用重物的质量为 200 4g。实验中选取一条符合实验要求的纸带如图实7 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点。计算 B点瞬时速度时，甲同学用 v 2 gxOB，乙同学用 vB ，其中所选方法正确的是_(选2BxAC2T填“甲”或“乙”)同学；根据以上数据，可知重物由 O运动到 B点时动能的增加量等于_J，重力势能减少量等于_J(计算结果均保留三位有效数字)。图实7(3)实验中，发现重物减少的势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的主要原因是_。答案 (1)C (2)
6、乙 0.369 0.376 (3)见解析解析 v m/s1.92 m/sxAC2T 0.232 3 0.155 520.02物体动能的增加量 Ek mv20.50.2001.92 2 J0.369 J。12(3)克服空气对重物和打点计时器对纸带的阻力做功。题型 3 实验创新设计例 3 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图实8 所示：5(1)实验步骤：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；用游标卡尺测量挡光条的宽度 l9.30 mm；由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离 s_cm；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
7、光条已通过光电门2；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 t 1和 t 2；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：滑块通过光电门 1和光电门 2时瞬时速度分别为 v1_和 v2_。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Ek1_和 Ek2_。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 E p_(重力加速度为 g)。(3)如果 E p_，则可认为验证了机械能守恒定律。答案 (1)60.00(59.9660.04)(2) (M m)( )2 (M m)( )2l t1 l t2 12 l t1 12 l t2 mgs (3) Ek2 Ek1解析 6过光电门 2时动能 (M m)( )2。末动能减初动能可得动能的增加量。12 l t2两光电门中心之间的距离 s即砝码和托盘下落的高度，系统势能的减小量 Ep mgs，最后对比Ek2 Ek1与 Ep数值大小，在误差允许的范围内相等，就验证了机械能守恒定律。
