课时8.5 实验：验证机械能守恒定律-高中物理同步练习分类专题教案（人教版2019必修第二册）.docxVIP

第八章机械能守恒定律

8.5实验：验证机械能守恒定律

知道验证机械能守恒定律实验的思路。

掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。

掌握利用气垫导轨和数字计时器验证机械能守恒定律的原理和方法。

动能与势能的相互转化

实验目的：验证机械能守恒定律，进一步熟悉打点计时器的使用。

实验思路：自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件，利用打点计时器可以记录重物自由下落的运动过程。

借助打点计时器打出的纸带，测出物体自由下落的高度h和该时刻物体的速度大小v，则物体重力势能的减少量为mgh，动能增加量为12mv2，如果mgh=12mv2，即gh=12v2，就验证了机械能守恒定律。（另一种方案：任意取两个点，分别测出两点速度大小，以及两点之间的距离

实验器材

铁架台（带铁夹）、打点计时器、重物（带夹子。另外重物选用体积小、质量大的物体，减小空气阻力影响）、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、交流电源。

实验操作

安装置：将装置竖直装稳，打点计时器与电源连接。?

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，使纸带的限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦力。用手竖直提起纸带，使重物停靠近打点计时器下方附近。先接通电源，待打点稳定后，再释放纸带，让重物带着纸带自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，打点完毕后立即关闭电源。更换纸带重做3~5次实验。

选纸带（分两种情况）

（1）用mghn=12mvn2验证时，选取点迹较为清晰且第1、2两点间的距离约为2mm

（2）此方案无上述要求，只需点迹清晰即可（若实验给出的纸带不完整，可用此方案）。根据mgΔhAB=12mvB2－12mvA2验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时

测距离：用刻度尺测出O点到1、2、3、…点的距离，即对应重物下落的高度h1、h2、h3、…

瞬时速度的计算：应用vn=x

数据处理

方法一：利用起始点和第n个计数点

从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为12mvn2，计算ghn和12vn2，如果在实验误差允许的范围内ghn=12vn

方法二：任取两点A、B

从A点到B点，重力势能减少量为mghAB，动能增加量为12mvB2－12mvA2，计算ghAB和（12vB2－12vA2），如果在实验误差允许的范围内ghAB=12vB2－1

方法三：图像法

计算各计数点的12v2，以12v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，根据实验数据绘出12v2－h图线。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g

误差分析

在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差。

重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，故动能的增加量ΔEk必定稍小于重力势能的减少量ΔEp。

由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差。

基础过关练

题组一实验原理与操作

1.(2023湖南长沙长郡中学期中，改编)某同学用如图所示的实验装置“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8V的交变电流和直流电，交变电流的频率为50Hz。重物从高处由静止开始下落，打点计时器在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)关于上述实验，下列说法正确的是。?

A.重物最好选择密度较小的木块

B.实验中应先接通电源，后释放纸带

(2)为了完成实验，除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、学生电源、打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是。?

A.刻度尺B.天平(含砝码)C.停表

(3)实验时该同学进行了下面几个操作步骤：

A.按照图示装置安装器材；

B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上；

C.用天平测出重物的质量；

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。

其中没有必要进行的步骤是，操作不当的步骤是。(均填步骤前的选项字母)?

2.(2022山东青岛十七中期末，改编)某同学利用如图所示的气垫导轨装置验证系统机械能守恒，在气垫导轨上安装了两个光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连。

(1)实验时要调整气垫导轨水平，不挂钩码和细线，接通气源，轻推滑块，从轨道右端向左运动的过程中，发现遮光条通过光电门2的时间大于通过光电门1的时间。以下能够达到调整气垫导轨水平的措施是(选填相应选项前的符号)。?

A.调节旋钮P使轨道左端升高一些

B.遮光条的宽度增大一些

C.滑块的质量增大一些

D.气源的供气量增大一些

(2)调整气垫导轨水平后，挂上细线和钩码进行实验，