8.5 实验：验证机械能守恒定律-2020-2021学年高一物理精讲与精练高分突破考点专题系列（新教材人教版必修第二册）

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第八章 机械能守恒定律
8.5：实验：验证机械能守恒定律
一：知识精讲归纳
一、实验步骤
1．安装置：按图 791 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．
图 791
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．更换纸带重复
做 3～5 次实验．
3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为 2 mm 的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为
2 mm 的第一个点作为起始点，记作
O
，在距离
O
点较远处再依次选出计数点 1、2、3…
4．测距离：用刻度尺测出
O
点到 1、2、3…的距离，即为对应下落的高度
h
1、
h
2、
h
3…
二、数据处理
1．计算各点对应的瞬时速度：记下第 1 个点的位置
O
，在纸带上从离
O
点适当距离开始选取几个计数
点 1、2、3…并测量出各计数点到
O
点的距离
h
1、
h
2、
h
3…再根据公式
vn
＝，计算出 1、2、3、4、…
n
点的
瞬时速度
v
1、
v
2、
v
3、
v
4…
vn
.
2．机械能守恒验证：
方法一：利用起始点和第
n
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
mv
，计算
ghn
和
v
，如果在实验误差
允许的范围内
ghn
＝
v
，则机械能守恒定律得到验证．
方法二：任取两点
A
、
B
.
从
A
点到
B
点，重力势能减少量为
mghA
－
mghB
，动能增加量为
mv
－
mv
，计算
ghAB
和
v
－
v
，如果在实验
误差允许的范围内
ghAB
＝
v
－
v
，则机械能守恒定律得到验证．
方法三：图象法．
图 792
计算各计数点
v
2，以
v
2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
v
2
h
图线．
若在误差许可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．
三、误差分析
1．在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差．
2．重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验
数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象．
3．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．
4．测量时采取多次测量求平均值来减小偶然误差，安装打点计时器使两限位孔中线竖直，并且选择
质量适当大些、体积尽量小些的重物来减小系统误差．
四、注意事项
1．减小误差的措施与操作规范
误差来源 减小误差的措施 实验注意事项
阻力的影响 设法减小阻力
打点计时器应安装稳固，限位孔在一竖直线
上，减小纸带与限位孔间的摩擦阻力
减小重物体积可减小空气阻力
增大重物重力 选用密度大的重物，一般用铁块
实验操作不当
调节打点计时器 注意将电磁打点计时器接在低压交流电源上，
调节好振针的长度，使点迹清晰
注意释放纸带与接通
电源的顺序
接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸
带让重物下落
选择纸带 选择点迹清晰的纸带，最好是第 1 点和第 2 点
间距接近 2 mm 的纸带
测量
误差　　
h
误差 防止分段测量增大误
差
各点对应的下落高度均从起点测量，不可用累
加法，否则将增大误差
v
误差 减小相对误差 用
vn
＝比用
vn
＝相对误差小
2.纸带选取：
(1)以第一个点为起点时，要验证的是
mv
＝
mghn
，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的
点，所以前两个点的间距为
h
＝
gt
2＝×10×(0.02)2m＝2 mm.
(2)以下落中某点为起点时，要验证的是
mv
－
mv
＝
mghAB
，这时选择纸带不需要满足前两点间距为 2
mm.
3．计算速度时不能用
v
＝
gt
或
v
＝，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．
二：考点题型归纳
一　实验原理及注意事项
1．如图所示是用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置。关于这一实验，下列说法中正确的是（　
）
A．重物减少的重力势能略小于增加的动能 B．重物应选用密度小的物体
C．纸带释放前，应使其竖直 D．应先释放纸带，后接通电源
2．如图 1 所示，用重物牵引小车在水平面上由静止开始运动，小车后面连接纸带，打点计时器在纸带上打
下一系列点。图 2 为一次实验得到的纸带，
A
、
B
、
C
为打点计时器在纸带上打下的三个点。下列说法正确
的是（　　）
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