高考实验：验证机械能守恒定律 　　高考物理实验部分对于学生动手能力要求越来越高，不但要懂得原理，同时还要能对于一些实验改进措施有所了解。学会利用自由落体运动验证机械能守恒定律，熟练掌握应用计时器打纸带研究物体运动的方法。熟练验证机械能守恒定律的实验原理和步骤。一、实验原理物体在自由下落过程中，重力势能减少，动能增加。如果忽略空气阻力，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，借助打点计时器打下纸带，由纸带测算出至某时刻下落的高度h及该时刻的瞬时速度v;进而求得重力势能的减少量│△Ep│=mgh和动能的增加量△EK=1/2mv2;比较│△Ep│和△EK，若在误差允许的范围内相等，即可验证机械能守恒。测定第n点的瞬时速度vn：依据“物体做匀变速直线运动，在某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度”，用公式vn=(hn+1-hn-1)/2T计算(T为打下相邻两点的时间间隔)。二、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)，交流电源，纸带(复写纸片)，重物(带纸带夹子)，导线，刻度尺，铁架台(带夹子)。第 1 页


三、实验步骤(1)按图装置固定好计时器，并用导线将计时器接到电压合适的交流电源上(电火花计时器要接到220 V交流电源上，电磁打点计时器要接到4 V～6 V的交流低压电源上)。(2)将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方。(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点。(4)换几条纸带，重做上面的实验。(5)从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的距离接近2 mm且点迹清晰的纸带进行测量。(6)在挑选出的纸带上，先记下打第一个点的位置0(或A)，再任意选取几个点1、2、3(或B、C、D)等，用刻度尺量出各点到0的距离h1、h2、h3等，如图所示。(7)用公式vn=(hn+1-hn-1)/2T计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3等。(8)计算出各点对应的势能减少量mghn和动能的增加量1/2mvn2的值，进行比较，得出结论。四、实验记录五、实验结论在只有重力做功的情况下，物体的重力势能和动能可以第 2 页


稳、放正。架稳就是要牢固、稳定。重物下落时
它不振动;放正就是使上下两个限位孔在同一竖直平面内一条竖直线上
与纸带运动方向相同，以减小纸带运动时
与限位孔的摩擦(可用手提住固定好重物的纸带上端，上下
拉动纸带，寻找一个手感阻力最)小的位置。(2)打点
前的纸带必须平直，不要卷曲，否则纸带在下落时会
卷到计时器的上边缘上，从而增大了阻力，导致实验误差过
大。(3)接通电源
前，提纸带的手必须拿稳纸带，并使纸带保持竖直，
然后接通电源，待计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落，以保证第一个点迹
是一个清晰的小点。(4)对重物的要求：选用
密度大、质量大些的物体，以减小运动中阻力的
影响(使重力远大()。于阻力5)纸带的挑选：应挑选第一、二两点间的距离接近2 mm且点迹清晰的纸带进行测量。这
是因为：本实验的前提
是在重物做自由落体运动的情况下，通过研究重力势能的减少量
与动能的增加量是否相等来验证机械能是否守恒的，
故是(重物应保证纸带)在打第一个点的瞬间开始下落。计时器
每2O.0隔 s打一次点，做自由落体运动的物体在初最0.02 s内下落的距离第 3 页
相互转化，但机械能的总量保持不变。六、实验注意事项(1)计时器要竖直地架


味着重物是在打第一个点时的瞬间开始下落的，从而
满足本次实验的前提条(件打第一个点物体的初速度为零
，开始。)做自由落体运动(6)测量下落高度时，
必须从起点o量起。为了减小测量^的相对误差，选取的计
数点要离O点适当远些(纸带也不宜
过长，其有效长860 cm～度可在0 cm以内)。(7)本
实验并不需要知道重力势能减少量和动能增加量的具
体数/mgh与1值，只要对2mv2进行比较(实际2验证1/2v上只要=gh即可)以
达到验证机械能守恒的目的，所以不
必测出重物的质量。七
、误差分析(1)做好
本实验的关键是尽量减小重物下落过程中的阻力，但阻力不可能
完全消除。本实验中，误差的主要来源是纸带
摩擦和空气阻力。由于重物及纸带在下落中要不断地克服
阻力做功，因此物体动能的增加量必稍小于重力势能的减少量，这
是系统误差。减小系统误差的方法有选用密度大
的实心重物，重物下落前计时器等。纸带应保持竖直，选用电火花(2)由于测量
长度会造成误差，属偶然误差，减少办法一是
测距离都应从起量点0起，下落高度h适当大些(过小，第 4 页
h1=1/2gt2=1/2×9.8×0.022m=0.002 m=2 mm，所以若纸带第一、二两点间的距离接近2 mm，就意


易测准确;过大，阻力影响造成的误差大)，二是多测几次
取平均值。第 5 页
h不