8.5 实验：验证机械能守恒定律（原卷版）-2021-2022学年高一物理同步考点专题训练（人教版2019）

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8.5　实验：验证机械能守恒定律

【学习目标】

1．理解实验的设计思路，明确实验中需要测量的物理量。

2．知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握

测量物体运动的瞬时速度的方法。

3．能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析中得出实验结论。

4．能定性地分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差。

【学习重点】

验证机械能守恒定律的实验原理。

【学习难点】

验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。

一、实验思路

机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此研究过程一定要满足这一条件．本节实验我们以只有

重力做功的过程进行研究．

二、物理量的测量及数据分析

只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化．

(1)要验证的表达式：mv22＋mgh2＝mv12＋mgh1或mv22－mv12＝mgh1－ mgh 2.

(2)所需测量的物理量：物体所处两位置之间的高度差，及物体的运动速度．

三、参考案例

案例 1　研究自由下落物体的机械能

1．实验器材

铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸(或墨粉盘)、导线、毫米刻度尺、交流电源．

2．实验步骤

(1)安装装置：按图 1甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好．

图1

(2)打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重

物停靠在打点计时器附近．先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落．重复几次，得到 3～5条打

好点的纸带．

(3)选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置之间

的距离 Δh及两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证．

3．数据处理

(1)计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式 vn＝，计算出某一点的瞬时速度 vn.

(2)验证方法

方法一：利用起始点和第 n点．

选择开始的两点间距接近 2 mm 的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内 mghn＝

mvn2，则机械能守恒定律得到验证．

方法二：任取两点 A、B.

如果在实验误差允许范围内 mghAB＝mvB2－mvA2，则机械守恒定律得到验证．

方法三：图像法(如图 2所示)．

若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为 g的直线，则机械能守恒定律得到验证．

图2

4．误差分析

本实验的误差主要是纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力

引起的系统误差．

5．注意事项

(1)安装打点计时器时，要使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力．

(2)应选用质量和密度较大的重物．

(3)实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落．

(4)本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m.

(5)速度不能用 v＝gt 或v＝计算，应根据纸带上测得的数据，利用 vn＝计算瞬时速度．

案例 2　研究沿斜面下滑物体的机械能

1．实验器材

气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块．

2．实验步骤

如图 3所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，

动能增大．

测量两光电门之间高度差 Δh和滑块通过两个光电门时的速度 v1、v2，代入表达式验证．

图3

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