2022届高考物理一轮突破实验七 验证机械能守恒定律

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实验七　验证机械能守恒定律
【实验过程】
1．安装置：如图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好
电路。
2．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，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，后松开
纸带，让重物带着纸带自由下落，关闭电源，取下纸带。更换纸带重复 3～5次
上一过程。
3．选纸带：分两种情况说明
(1)用mv＝mghn验证时，应选点迹清晰，且第 1、2两点间距离接近 2 mm 的纸
带。若第 1、2两点间的距离大于 2 mm，则可能是先释放纸带后接通电源造成
的。这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。
(2)用mv－mv＝mgΔh验证时，处理纸带时不必从起始点开始计算重力势能变化
量的大小，这样，纸带上打出的起始点 O后的第一个 0.02 s内的位移是否接近 2
mm，以及第一个点是否清晰也就无关紧要了，实验打出的任何一条纸带，只要
后面的点迹清晰，就可以用来验证机械能守恒定律。
【数据处理】
1．测量计算：在起始点标上 0，在以后各计数点依次标上 1、2、3…，用刻度
尺测出对应下落高度 h1、h2、h3…。
利用公式 vn＝计算出点 1、点 2、点 3…的瞬时速度 v1、v2、v3…。
2．验证机械能守恒：
方法一：利用起始点和第 n点计算。计算 ghn和v，如果在实验误差允许的条件
下，ghn＝v，则验证了机械能守恒定律。(此方法要求所选纸带必须点迹清晰且
第1、2两点间距离接近 2 mm)
方法二：任取两点计算。
①任取两点 A、B测出 hAB，算出 ghAB。
②算出 v－v的值。
③在实验误差允许的范围内，如果 ghAB＝v－v，则验证了机械能守恒定律。
方法三：图象法。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 v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数
据绘出 v2h图线。若在误差允许的范围内图象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、
打点计时器阻力)做功，故动能的增加量 ΔEk稍小于重力势能的减少量 ΔEp，即
ΔEk<ΔEp。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
时都从起始点量起，一次将各点对应的下落高度测量完，多次测量取平均值来
减小误差。
【注意事项】
1．打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整到
竖直方向，以减小摩擦阻力。
2．重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减小空气阻力的影响，从而减
小实验误差。
3．实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时
器工作稳定后，再松开纸带。
4．测量下落高度时，为了减小测量值 h的相对误差，选取的各个计数点要离起
始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在 60～80 cm 之间。
5．不需要测出重物质量，只需验证 v＝ghn即可。
6．速度不能用 vn＝gtn或vn＝计算，因为只要认为加速度为 g，就满足机械能守
恒的条件，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，所以速度应从纸
带上直接测量计算。同样的道理，重物下落的高度 h，也只能用刻度尺直接测
量，而不能用 hn＝gt 或hn＝计算得到。
【实验创新】
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