《高中物理一轮复习讲义》力学实验6 验证机械能守恒定律
实验六 验证机械能守恒定律
一、基本实验要求
1．实验目的：验证机械能守恒定律．
2．实验原理
通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相
等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．
3．实验器材：打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、导线两根．
4．实验步骤
（1）安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连．
（2）打纸带
用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先 接通电源，再松开纸带，让重物自
由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条（ 3～5条）
纸带．
（3）选纸带：分两种情况说明
① 若选第 1点O到下落到某一点的过程，即用 mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰，且 1、2两点
间距离小于或接近 2 mm 的纸带．
②用mv－mv＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点，这样
纸带上打出的第 1、2两点间的距离是否小于或接近 2 mm 就无关紧要了．
1
5．实验结论：在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒．
二、规律方法总结
1．误差分析
（1）测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从 0点量起，一次将各打点对应下落
高度测量完，二是多测几次取平均值．
（2）系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量 ΔEk＝mv必定稍小
于重力势能的减少量 ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力．
2．注意事项
（1）打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减
少摩擦阻力．
（2）重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．
（3）应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落．
（4）测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用 vn＝，不能用 vn＝或 vn＝gt 来计算．
3．验证方案
方案一：利用起始点和第 n点计算
代入 mghn和mv，如果在实验误差允许的范围内，mghn和mv相等，则验证了机械能守恒定律．
方案二：任取两点计算
（1）任取两点 A、B，测出 hAB，算出 mghAB.
（2）算出 mv－mv的值．
（3）在实验误差允许的范围内，若 mghAB＝mv－mv，则验证了机械能守恒定律．
方案三：图象法
从纸带上选取多个点，测量从第一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，根据实验数据作出 v2－h图线．若在误差允许的范围内图线是一条过
原点且斜率为 g
的直线，则验证了机械能守恒定律．
考点一 实验原理与实验操作
2
例1、如图所示，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、4、…、n．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
E．选择一条纸带，用刻度尺测出重物下落的高度 h1、h2、h3、…、hn，计算出对应的瞬时速度
v1、v2、v3、…、vn
F．分别算出 mv和mghn，在实验误差允许范围内看是否相等
例2、在一次实验验证课上，某同学利用自由落体运动来验证机械能守恒定律，该同学开始实验时
的情形如图所示，他将打点计时器接通低压电源后释放纸带．
（1）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．
①____________________________________ ②____________________________________
（2）该同学在教师的指导下规范了实验操作，重新进行实验，得到了几条（3～5条）打出一系列
点的纸带，在选点验证机械能守恒时，有以下两种方案，其中对选取纸带的 1、2两点间距离要求
3
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