1、合格性考试讲义 必修二第八章 机械能守恒定律第五节 实验：验证机械能守恒定律一、实验原理让物体自由下落，在忽略阻力的情况下，探究物体的机械能守恒，有两种方案探究物体的机械能守恒：1以物体下落的起始点O为基准，测出物体下落高度h时的速度大小v，若mv2mgh成立，则可验证物体的机械能守恒2测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，若关系式mvmvmgh成立，则物体的机械能守恒二、实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、低压交流电源(46 V)、重物、毫米刻度尺、纸带(带夹子)、复写纸片、导线三、实验步骤1安装置：按图将检查、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
2、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35次实验3选纸带：选取点迹较为清晰且1、2两点间的距离约为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、34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h1、h2、h3四、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、n，并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3、hn，再根
3、据公式vn，计算出1、2、3、4、n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4、vn.2机械能守恒定律的验证：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ghnv，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mghAmghB，动能增加量为mvmv，计算ghAB和vv，如果在实验误差允许的范围内ghABvv，则机械能守恒定律得到验证方法三：图象法计算各计数点v2，以v2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v2h图线若在误差许可的范围内图象是一条过原点且斜率
4、为g的直线，则验证了机械能守恒定律五、误差分析1在进行长度测量时，测量及读数不准确造成误差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六、注意事项1应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小2纸带选取(1)以第一个点为起点时，要验证的是mv
5、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hgt210(0.02)2 m2 mm.(2)以下落中某点为起点时，要验证的是mvmvmghmn，这时选择纸带不需要满足开始两点间距为2 mm.3计算速度时不能用vgt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【学考演练】1在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重物减少的重力势能总是略大于重物增加的动能，造成这种现象的原因是()A选用的重物质量过大B选用的重物质量过小C空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力D实验时操作不规范，实验数据测量不准确解析：选C造成题中所述误差的主要原因是来自于各方面的阻力，
6、选项C正确。2在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要直接测量的是()A重物的质量B重力加速度C重物下落的高度D重物下落某一高度所对应的瞬时速度解析：选C重物的质量不需要测量；重力加速度是已知的；重物下落的高度需要测量；瞬时速度是根据纸带上的数据计算得出的。故应选C。3用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，根据纸带算出相关各点的速度v，测量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图像应是()解析：选C由机械能守恒定律得：mghmv2，得：gh，可以看出与h成正比例关系，图线是过原点的直线，C正确。数据处理可以用不同的方法，得到相同的结论。4在“验证机械能守恒定律”的实验中，采用如
7、图甲所示的实验装置。(1)现得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示，把纸带中第一个点记作O，另选纸带上连续打下的3个点A、B、C为计数点，经测量A、B、C各点到O的距离分别为9.51 cm、12.70 cm、16.27 cm。则打点计时器打下B点时，重物的速度为_m/s，已知打点计时器打点周期为0.02 s。(2)实验中重物应该选用以下哪个物体_。A一个20 g的砝码B一个50 g的钩码C一个200 g的木球D一个200 g的铅制重锤(3)由于存在阻力的原因，比较重物在纸带上相距较远的某两点间的重力势能变化Ep和动能变化Ek的大小关系，总是存在Ek_Ep(选填“”“”或“”)。解析：(1)由匀变速
8、直线运动的规律可知，中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，即vB m/s1.69 m/s。(2)实验中为了减小相对阻力，应选择质量较大、体积较小的物体，即选D。(3)由于重物下落时要克服阻力做功，则动能变化Ek总是小于重力势能变化Ep的大小，总是存在EkEp。答案：(1)1.69(2)D(3)5(2019河北乐亭一中期中)利用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的_A动能变化量与势能变化量B速度变化量和势能变化量C速度变化量和高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，
9、还必须使用的器材是_A已知频率的交流电源B刻度尺C天平(含砝码)D停表解析：(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，故A正确；(2)打点计时器使用交流电源，实验中需要测量点迹间的距离，从而得出瞬时速度和下降的高度，所以需要刻度尺实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，不需要测量质量，则不需要天平，打点计时器根据电源频率可以知道时间，故不需要停表，故A、B正确答案：(1)A(2)AB【真题演练】16. （2016云南）在“验证机械能守恒定律”的实验中，重物自由下落，纸带上打出一系列的点，如图所示，相邻计数点间的时
10、间间隔为0.02s（1）打点计时器打下计数点B时，重物下落的速度vB=_m/s；（计算结果保留三位有效数字）（2）经过多次测量及计算发现，重物重力势能的减小量Ep略大于动能的增加量Ek，这是由于纸带与打点计时器之间存在摩擦等原因造成的，由此得出结论：在实验误差允许范围内，_【答案】 (1). 0.978 (2). 机械能守恒【解析】（1）据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的速度为：（2）经过多次测量及计算发现，重物重力势能的减小量Ep略大于动能的增加量Ek，这是由于纸带与打点计时器之间存在摩擦等原因造成的，由此得出结论：在实验误差允许范围内，机械能守恒14. （2017河南）
11、某同学用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验,下列说法正确的是A. 必须用秒表测里重物下落的时间B. 可以不测量重物的质量C. 电火花计时器使用的是直流电源D. 应先释放纸带,再接通电源【答案】B【解析】【详解】打点计时器可以测量重锤下落时间，不需要用秒表测量故A错误实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，式子两边都有质量，可以约去，实验不需要测量重物的质量故B正确；电火花计时器使用的是交流电源，故C错误；应先接通电源,再释放纸带，故D错误；故选B【点睛】打点计时器使用交流电源，在该实验中不需要测量重物的质量，为了高效的利用纸带应先接通电源，再释放纸带打点计时器可以测量重锤下
12、落的时间44. （2019.6广东）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是A. 重锤和纸带下落过程中有阻力做功B. 选用的重锤质量较大C. 重锤离地面较高D. 重锤离地面较低【答案】A【解析】【详解】重锤带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化角度，由于阻力做功，重锤的重力势能减小除了转化给了重锤的动能还有一部分转化给摩擦产生的内能，所以在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是重锤下落过程中受到阻力的作用，故选项A正确，B、C、D错误32. （2019.12河北）（多选）某小
13、组利用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验，得到了如图乙所示的一条纸带。图乙中O点是打出的第一个点，A、B、C、D、E、F是依次打出的点，OE间的距离为x1，DF的距离为x2，已知相邻两点间的时间间隔为T，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）A. 打点计时器打下E点时，重物的速度大小为B. 打点计时器打E点时，重物的速度大小为C. 在误差允许范围内，若gx1=，则重物下落过程中机械能守恒D. 在误差允许范围内，若gx1=，则重物下落过程中机械能守恒【答案】AC【解析】【详解】AB.E点的瞬时速度等于DF的平均速度，故，A正确，B错误；CD.有机械能守恒定律，将E点速度代入可得，C正确
14、，D错误；故选AC。24.（2019.6福建） “探究恒力做功与动能改变量的关系”的实验装置如图所示。(1)该实验需要的测量工具是_（选填“A”或“B”）A、秒表 B、刻度尺(2)装置中的打点计时器所用电源是_（选填“A”或“B”）A、交流电源 B、直流电源(3)实验前_（选填“A”或“B”）平衡摩擦力。A、需要 B、不需要【答案】 . B . A . A【解析】【详解】(1)1本实验中不需要记录时间，故秒表不需要；但需要测量长度计算速度，故需要用到刻度尺；故选B；(2)2打点计时器需要用交流电源；故选A；(3)3实验中用钩码重力充当物体受到的合力，故需要用重力的分力平衡摩擦力，故选A。28.
15、 （2019福建）如图所示是“验证机械能守恒定律”的实验装置，让质量为m的重锤自由下落，打出一条较为理想的纸带，若A、B、C、D是所选纸带上依次相邻的计数点，用刻度尺测出A、B间距离为h1，B、C间距离为h2，C、D间距离为h3，已知重力加速度为g；(1)装置中的打点计时器所用电源是_（填“A”或“B）；A交流电源 B直流电源(2)实验时，释放纸带和接通电源的合理顺序是_（填“A”或“B”）；A先释放纸带，再接通电源 B先接通电源，再释放纸带(3)从A到C的下落过程中，重锤的重力势能减少量Ep=_【答案】 . A . B . mg（h1+h2）【解析】【详解】(1)1打点计时器所用电源是交流电
16、源A交流电源，与分析相符，故A项正确；B直流电源，与分析不符，故B项错误(2)2为了有效使用纸带，实验时应先接通电源，再释放纸带A先释放纸带，再接通电源，与分析不符，故A项错误；B先接通电源，再释放纸带，与分析相符，故B项正确(3)3从A到C的过程中重力势能减少为：EP=mg（h1+h2）5. （2020.12河北）用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验时除图中的器材外，以下器材中还必须使用的是（）A. 秒表 B. 刻度尺C. 长木板D. 直流电源【答案】B【解析】【分析】【详解】打点计时器可以计时，不需要秒表，需要刻度尺测量长度，不需要长木板，打点计时器需要交流电源，故选B。15. （
17、2021.7云南）在用如图所示的装置“验证机械能守恒定律”的实验中（1）实验时，应_（填字母代号）A.先接通电源后释放纸带B.先释放纸带后接通电源（2）可以直接从纸带上读出的物理量是_（填字母代号）A.重物的速度B.重物下落的时间C.重物下落的高度【答案】 . A . B【解析】【分析】【详解】(1)1如果先释放纸带再接通电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对试验产生较大的误差。故选A。(2)2计时器打点的频率固定，则相邻两个计数点的时间间隔相同，可以直接从纸带上读出重物下落的时间，物体下落的高度需要用刻度尺测量，重物的速度需要结合测量的计数点的距离和得到的时间计算所得。故选B。第 12 页 共 12 页
