第5章 实验6 验证机械能守恒定律(Word教参)-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

实验六　验证机械能守恒定律

1．实验目的

验证机械能守恒定律．

2．实验原理(如图所示)

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对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，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、交流电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线．

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，且第1、2两点间距离接近2 mm的纸带(电源频率为50 Hz)．

②用mv－mv＝mghAB验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时选择

适当的点为基准点即可．

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．

6．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O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．

7．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线上，以减小摩擦阻力．

(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.

命题点一　教材基础实验(自主学习)

“落体法”是验证机械能守恒定律的主要方法之一(如图甲)，某次操作得到了如图乙所示的纸带，已知打点周期为T、重锤的质量为m，依次测出了各计时点到第一个计时点O的距离如图乙中所示，请回答下列问题：

　　

(1)打A点时重锤的速度表达式vA＝　　.若已经计算出A点和E点的速度分别为vA、vE，并且选取A到E的过程进行机械能守恒定律的验证，则需要验证的关系式为　g(h4－h1)＝v－v　.

(2)如果某次实验时，发现重力势能的减小量比动能的增加量大很多，出现这种现象的原因可能是__C__(填字母)．

A．重物质量测量得不准确

B．因为阻力的作用，所以实验误差很大，但也能验证机械能守恒定律成立

C．打点计时器两个限位孔不在同一条竖直线上，摩擦力或阻力太大导致的

D．实验时出现了先放纸带，后接通电源这样的错误操作导致的

某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有220 Hz、30 Hz和40 Hz，打出纸带的一部分如图乙所示．

　　

该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他条件进行推算．

(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图乙中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为　(x1＋x2)f　，重物下落的加速度的大小为　(x3－x1)f2　.

(2)已测得x1＝8.89 cm，x2＝9.50 cm，x3＝10.10 cm；当重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f为__40__ Hz.命题点二　创新拓展实验(师生共研)