第四章 6.实验：验证机械能守恒定律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（教科版2019）

6．实验：验证机械能守恒定律

【核心素养目标】

一、实验目的

1．研究物体运动过程中动能与重力势能的变化，验证机械能守恒定律。

2．练习使用打点计时器和气垫导轨等器材。

二、实验思路与方案设计

1．实验思路

机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此设计实验时要考虑满足这一条件的情形。

2．方案设计

方案1：利用自由下落的物体：物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件，可验证其机械能是否守恒。

方案2：利用沿光滑斜面下滑的物体：物体受到重力和斜面的支持力作用，但支持力与物体位移方向垂直(如图所示)，支持力对物体不做功，满足机械能守恒的条件，可验证物体的机械能是否守恒。

方案3：利用细线悬挂的摆动的小球：细线的拉力与小球的运动方向垂直，对小球不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，满足机械能守恒的条件，可验证小球的机械能是否守恒。

三、实验操作(以自由下落的物体为例)

1．安装置：实验装置示意图如图所示。按照装置示意图将检查、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h1，h2，h3…

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四、数据处理

1．计算各点对应的瞬时速度：根据公式vn＝，计算出1，2，3，4…n点的瞬时速度v1，v2，v3，v4…vn。

2．验证机械能守恒

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＝mghAB，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：图像法。

计算各计数点对应的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图像，如图所示。若在误差允许的范围内图像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。

五、注意事项

1．安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中心连线严格竖直，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。

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。

4．测量下落高度时，为减小实验误差，后边的点应距起点O较远，在测量各点到O点的距离时，应当用刻度尺从O点量起，一次性读出各点到O点的距离。

类型一　教材原型实验

一、实验原理与操作

如图甲为验证“机械能守恒定律”的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带夹子的重锤、天平。回答下列问题：

(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有________。(填入正确选项前的字母)

A．刻度尺 B．秒表

C．0～6 V的直流电源 D．0～6 V的交流电源

学生用书第108页

(2)下面列举了该实验的几个操作步骤：