幻灯片 1 一、实验目的
验证机械能守恒定律。
二、实验原理
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幻灯片 2图实－6－1
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幻灯片 3 四、实验步骤
(1)安装置：按图实－6－2所示将检查、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。
三、实验器材
铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)。
图实－6－2
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幻灯片 4(3)选纸带：分两种情况说明
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幻灯片 5 五、数据处理
1．测量计算
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幻灯片 62．验证守恒
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幻灯片 7 六、注意事项
(1)打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向，以减小摩擦阻力。
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幻灯片 8 (2)重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减小空气阻力的影响，从而减小实验误差。
(3)实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带。
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幻灯片 9 七、误差分析
(1)本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差。改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力。
(2)本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差。减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完。或者采用多次测量取平均值来减小误差。
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幻灯片 10实验原理与操作
[例1] 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0,1,2,3,4…n。则：
图实－6－3
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幻灯片 11 (1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为________、________、________，必须计算出的物理量为________、________，验证的表达式为_________________________________________。
(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤前面的字母)。
A．将打点计时器竖直安装在铁架台上
B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落
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幻灯片 12----
幻灯片 13(2)实验操作顺序为ADBCEF。
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幻灯片 14[题组演练]
1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证的是重
物重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有________。
A．用天平称出重物的质量
B．把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和
低压交流电源连接起来
C．把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计
时器的限位孔，把重物提升到一定高度
D．接通电源，待打点稳定后释放纸带
E．用秒表测出重物下落的时间
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幻灯片 15答案：AE
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幻灯片 162．(2012·湖北百校联考)“验证机械能守恒定律”的实验装
置可以采用图实－6－4所示的甲或乙方案来进行。
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幻灯片 17图实－6－4
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幻灯片 18(1)比较这两种方案，________(填“甲”或“乙”)方案好些。
(2)该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带。请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方：①______________；②_____________。
(3)该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁中所示。已知相邻两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s。则物体运动的加速度a＝________；该纸带是采用________(填“甲”或“乙”)实验方案得到的。
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幻灯片 19解析：由Δx＝aT2，利用逐差法得到物体运动的加速度a＝4.8 m/s2。若用自由落体实验测得物体运动的加速度a应该接近10 m/s2，所以该纸带是采用“乙”实验方案得到的。
答案：(1)甲 (2)①打点计时器接了直流电源 ②重物离打点计时器太远 (3)4.8 m/s2 乙
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幻灯片 20数据处理与误差分析
[例2] (2013·江西模拟)“在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知电磁打点计时器所用的电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，测得所用的重物质量为1.00 kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图实－6－5所示)，把第一个点记为O，另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm。
图实－6－5
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幻灯片 21(1)根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于________J，动能的增加量等于________J(取三位有效数字)。
(2)根据以上数据，可知重物下落时的实际加速度a＝________m/s2，a________g(填“大于”或“小于”)，原因是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
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幻灯片 22----
幻灯片 23 (2)根据CD－AB＝2aT2，CD＝OD－OC，AB＝OB－OA，代入数据得a＝9.75 m/s2”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是________________。
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幻灯片 30(3)由于存在空气阻力的影响，所以ΔEp<ΔEk。
答案：(1)3.48 (2)1.24 1.28 (3)< 存在空气阻力
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幻灯片 31实验的改进与创新
[例3] (2012·江苏重点中学联考)某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图实－6－7甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图线(重力加速度为g)。
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幻灯片 32甲
图实－6－7
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幻灯片 33 (1)实验前，接通电源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1________Δt2(选填“>”“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平。
(2)用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________mm。
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幻灯片 34 (3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出___________和___________(写出物理量的名称及符号)。
(4)若上述物理量间满足关系式________________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。
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幻灯片 35 [解析] (1)当Δt1＝Δt2时，滑块通过光电门A、B的速度相同，说明气垫导轨已经水平。
(2)d＝8 mm＋0.01 mm×47.4＝8.474 mm。
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幻灯片 36[答案] (1)＝ (2)8.474(在8.473～8.475之间均算对)
(3)滑块质量M 两光电门间距离L
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幻灯片 37 一、本题创新点分析
1．源于教材——本例中验证机械能守恒定律所使用的气垫导轨、光电传感器优于课本实验器材。
2．高于教材——本例中将悬挂的钩码Q纳入验证机械能守恒的系统，消除了系统误差。
二、本实验还可以从以下方面进行改进创新
(一)实验器材的创新
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幻灯片 38----
幻灯片 39图实－6－8
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幻灯片 40 (二)数据处理
1．本实验中的打点计时器，不采用电磁打点计时器，而采用电火花打点计时器，可以避免振针阻力的影响，减小实验的误差。
2．用高频闪光照相机对自由落体运动的小球拍照，可通过分析小球的闪光照片验证机械能守恒，数据处理方法与处理纸带类似。
3．利用光电门测小球下落速度的方法验证机械能守恒，可以减小因打点计时器限位孔及振针的阻力对实验精确度的影响。
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幻灯片 41[题组演练]
5．(2012·九江模拟)图实－6－9甲是验证机械能守恒定
律的实验。小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定。将轻绳拉至水平后由静止释放。在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间Δt，再用游标卡尺测出小圆柱的直径d，如图乙所示，重力加速度为g。则
图实－6－9
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幻灯片 42(1)小圆柱的直径d＝________cm。
(2)测出悬点到圆柱重心的距离l，若等式gl＝________成立，说明小圆柱下摆过程机械能守恒。
(3)若在悬点O安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F，则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是________________________(用文字和字母表示)，若等式F＝________成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式。
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幻灯片 43解析：(1)小圆柱的直径d＝10 mm＋2×0.1 mm＝10.2 mm＝1.02 cm。
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幻灯片 44----
幻灯片 45----
幻灯片 46图实－6－10
(1)滑块的速度v1、v2如何求出？滑块通过G1、G2时的高度差h如何求出？
(2)若测得图中L＝1 m，x＝0.5 m，H＝20 cm，m＝500 g，滑块通过G1和G2的时间分别为5×10－2 s和2×10－2 s，当地重力加速度g＝9.80 m/s2，试判断机械能是否守恒。
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幻灯片 47----
幻灯片 48答案：见解析
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