必修 实验七 验证机械能守恒定律-2022高考理化生必备实验图表（必修+选择性必修）

高中理化生必备实验图表 GAOZHONG LIHUASHENG BIBEI SHIYAN TUBIAO 实验七 验证机械能守恒定律 实 验 目 的 1. 明确验证机械能守恒定律的基本思路并能进行相关量的测量 。 2． 能正确进行实验操作 ， 分析实验数据得出结论 ， 能定性地分析产生误差的原因 。 实 验 原 理 只有重力做功时 ， 只发生重力势能和动能的转化 ， 机械能保持不变 。 1． 要验证的表达式 ： 1 2 mv 2 2 ＋mgh 2 ＝ 1 2 mv 2 1 ＋mgh 1 或 1 2 mv 2 2 － 1 2 mv 2 1 ＝mgh 1 －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 。 3． 数字计时器 ： 计时系统的工作要借助于光源和光敏管 （ 统称光电门 ）。 光源与光敏管相对 ， 它射出的光使光敏 管感光 。 当滑块经过时 ， 其上的遮光条把光遮住 ， 与光敏管相连的电子电路自动记录遮光时间 ， 通过数码屏显示出 来 。 根据遮光条的宽度和遮光时间 ， 可以算出滑块经过时的速度 。 因为这样的计时系统可以测出 0.001 s 的时间 ， 并 且能直接以数字显示 ， 所以又叫数字毫秒计 。 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 （ 或墨粉纸 ）、 导线 、 毫米刻度尺 、 交流电源 。 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 。 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 ， 测量两位置之间的距离 Δh 及两位置时的速度 ， 代入表达 式进行验证 。 1. 计算各点对应的瞬时速度 ： 如图乙所示 ， 根据公式 v n ＝ h n+1 -h n-1 2T ， 计算出某一点的瞬时速度 v n 。 2． 机械能守恒定律的验证 。 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 mgh n ＝ 1 2 mv 2 n ， 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 mgh AB ＝ 1 2 mv 2 B － 1 2 mv 2 A ， 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 ， 则验证了机械能守恒定律 。 实 验 步 骤 数 据 处 理 案例 1 研究自由下落物体的机械能 图 2 要点提示 1. 打点计时器安装时 ， 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 ， 增大密度可以减小体积 ， 可使空气阻力的影响相对减小 。 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＝ 2gh 姨 计算 ， 应根据纸带上测得的数据 ， 利用 v n ＝ h n+1 -h n-1 2T 计算瞬时速度 。 6． 本实验的误差主要是由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 。 图 1 甲 乙 纸带 夹子 重物 接电源 打点计时器 3 2 1 0 h 3 h 2 h 1 1 2 v 2 O h 22 物 理 直击高考 （ 2017 · 天津卷 ） 如图所示 ， 打点计时器固定在铁架台上 ， 使重物带动纸 带从静止开始自由下落 ， 利用此装置验证机械能守恒定律 。 （ 1 ） 对于该实验 ， 下列操作中对减小实验误差有利的是 。 A． 重物选用质量和密度较大的金属锤 B． 两限位孔在同一竖直面内上下对正 C． 精确测量出重物的质量 D． 用手托稳重物 ， 接通电源后 ， 撒手释放重物 （ 2 ） 某实验小组利用上述装置将打点计时器接到 50 Hz 的交流电源上 ， 按正确操作得到了一条完整的 纸带 ， 由于纸带较长 ， 图中有部分未画出 ， 如图所示 。 纸带上各点是打点计时器打出的计时点 ， 其中 O 点 为纸带上打出的第一个点 。 重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出 ， 利用下列测量值能完成验 证机械能守恒定律的选项有 。 A