1、 知识创新型实验。例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不同程度的创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度的实验方案。其中，力学设计性实验在近年高考中有加强的趋势，应引起高度重视。【实验目的】验证机械能守恒定律【实验原理】在只有重力作用的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总机械能守恒。方法（1）：若某一时刻物体下落的瞬时速度为 v，下落高度为 h，则应有：，借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度 h 和该时刻的瞬时速度 v，即可验证机械能是否守恒 ，实验装置如图 7-1：方法（2）：任意找两点 A、 B，分别测出两点的速度大小 vA、v B 以及两点之间的距离 d。若物
2、体的机械能守恒，应有 。测定第 n 点的瞬时速度的方法是：测出第 n 点的相邻前、后两段相等时间 T 内下落的距离Sn 和 Sn+1，由公式 ，或由算出。【实验器材】铁架台（带铁夹） ；打点计时器；重锤（带纸带夹子） ；纸带数条；复写纸片；导线；毫米刻度尺。除了上述器材外，还必须有 。 【实验步骤】1、按图把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。2、把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。2、 接通电源，松开纸带，让重锤自由下落。3、 重复几次，得到 35 条打好点的纸带。4、 在打好点的纸带中挑选第一、二两
3、点间的距离接近 2mm，且点迹清晰的一条纸带，在起始点标上 0，以后各依次标 1，2，3 ， 用刻度尺测出对应下落高度 h1、h 2、h 3、。5、 应用公式 1nhvT计算各点对应的即时速度 v1、v 2、v 3、。6、 计算各点对应的势能减少量 mgh。和动能的增加量，进行比较。【注意事项】1、打点计时器安装时，必须使两纸带限拉孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2、实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源、让打点计时器工作正常后才松开纸带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的小点。3、测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量值 h 时的相对误差，选取的各个计数点要离起始点
4、远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在 60cm80cm 以内。4、 因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。【实验数据记录和处理】用方法（1）验证重物做自由落体运动时，机械能是否守恒。贴纸带处表 61结论： 。用方法（2）验证重物做自由落体运动时，机械能是否守恒。 （自己设计表格）序号 hi/m vi/ms-1 mghi/J 21mvi2/J12345【问题与讨论】1打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，为什么？实验时必须选用质量较大的重锤，为什么？2动能和重力势能都跟物体的质量有关，本实验为什么不称物体的质量？3本实验要用到重力加速度 g。g 取 9.8m/
5、s2 呢？还是取当地的重力加速度值？或者通过实验打出的纸带，用 2Ts计算出来？ 误差分析：本实验采取分析纸带的方法求每一点的瞬时速度，即物体下落的实际速度由于摩擦阻力的存在，利用所测速度计算的动能的增加总略小于重力势能的减少，这是产生系统误差的主要原因，另外，用刻度尺测纸带上点与点间距离时，也可能造成误差【基础练习】1在验证机械能守恒定律的实验中，对于自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利？（ ）A只要足够重就可以。B只要体积足够小就可以。C既要足够重，又要体积非常小。D应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲。2本实验中，除铁架台、铁夹、学生电源、纸带和重物外，还需选用
6、下述仪器中的哪几种？A秒表 B刻度尺 C天平 D打点计时器3验证机械能守恒定律的实验步骤编排如下，其中有些是必要的，有些是错误的。根据实验，请选出必要的步骤，并按正确的操作顺序把它们前面的字母填写在题后的空格上。（A） 用天平称出重锤的质量；（B） 把纸带固定到重锤上，并把纸带穿过打点计器，然后提升到一定高度；（C） 拆掉导线，整理仪器；（D） 断开电源，调换纸带，重做两次；（E） 用秒表测出重锤下落的时间；（F） 在三条纸带中选出合适的一条，用直尺测出记数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论；（G） 把打点计时器接到低压交流电源上；（H） 接通电源，释放纸带；（I） 把打点计时器
7、固定在桌边的铁架台上。4在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为 50Hz。查得当地的重加速度 g=9.80m/s2，测得所用的重物的质量为 1.00kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带，如图所示，把第一个点记作 O，在纸带上另取连续 4 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62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。根据以上数据，可知重物由 O 点到运动 C 点，重力势能减少量等于_J ，动能的增加量等于_J。 （取 3 位有效数字）【基础练习答案】1 D2 BD3 I、G、B、H、D、F
8、、C4 7.62J，7.57J【实战提升】1 （ 2011 海南卷）. 【题号：3200001795】现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图 1 所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上 A 点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为 M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为 m 的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上 B 点有一光电门，可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间t，用 d 表示 A 点到导轨低端 C 点的距离，h 表示 A 与 C 的高度差，b 表示遮光片的宽度，s 表示 A ,B 两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过 B 点时的瞬时速度。用 g
9、表示重力加速度。完成下列填空和作图；（1 ）若将滑块自 A 点由静止释放，则在滑块从 A 运动至 B 的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为_。动能的增加量可表示为_ _。若在运动过程中机械能守恒， 21t与 s 的关系式为 21t= _ (2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A 点）下滑，测量相应的 s 与 t 值，结果如下表所示：以 s 为横坐标， 21t为纵坐标，在答题卡上对应图 2 位置的坐标纸中描出第 1 和第 5 个数据点；根据 5 个数据点作直线，求得该直线的斜率 k=_2.40_ 24.0sm(保留 3位有效数字). 由测得的 h、d、b 、
10、M 和 m 数值可以计算出 21st直线的斜率 ok，将 k 和 o进行比较，若其差值在试验允许的范围内，则可认为此试验验证了机械能守恒定律。2.（北京市西城区 2015 2016 学年度第二学期高一期末试卷）用如图甲所示的实验装置做“验证机械能守恒定律” 的实验。安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图乙所示。图中 O 点为起始点，对应重物的速度为零。选取纸带上连续打出的点 A、B 、C、作为计数点，测出其中 E、F 、G 点距起始点 O 的距离分别为h1、 h2、 h3。已知重物质量为 m，当地重力加速度为 g，打点计时器打点周期为 T。实验中需要计算出从
11、O 点到 F 点的过程中，重物重力势能的减少量 p=_，动能的增加量 kE=_。【答案】mgh 2，231()8mhT考点：验证机械能守恒定律。3.（北京市东城区 2015-2016 学年下学期高一期末） （6 分）如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证“机械能守恒定律”。（1）已准备的器材有：打点计时器（带导线） 、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还必需的器材有 _（选填选项前的字母） 。A. 直流电源B. 交流电源C. 天平及砝码D. 刻度尺（2）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图乙所
12、示（其中一段纸带图中未画出） 。图中 O 点为打出的起始点，且速度为零。选取在纸带上连续打出的点 A、B、C、 D、E、F、G 作为计数点。其中测出 D、E、F 点距起始点 O的距离如图所示。已知打点计时器打点周期为 T=0.02 s。由此可计算出物体下落到 E 点时的瞬时速度 vE=_m/s（结果保留三位有效数字） 。（3）若已知当地重力加速度为 g，代入图乙中所测的数据进行计算，并将 2E1v与_（用图乙中所给字母表示）进行比较，即可在误差范围内验证，从 O 点到 E点的过程中机械能是否守恒。【答案】 （1）BD；（2）3.01；（3）gh 2考点：验证机械能守恒。4.（20152106
13、学年度海淀区高一第二学期期末练习）如图 12 所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律。实验中需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度 v 和下落高度 h。 某同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，这些方案中正确的是： 。A用刻度尺测出物体下落高度 h，由打点间隔数算出下落时间 t，通过 v=gt 计算出瞬时速度 vB用刻度尺测出物体下落的高度 h，并通过 2vgh 计算出瞬时速度 vC根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度 v，并通过2g计算得出高度 hD用刻度尺测
14、出物体下落的高度 h，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度 v【答案】D【解析】A、B、瞬时速度应由纸带根据 xvt求出，因为重物下落过程中受到阻力的作用，实际加速度小于当地重力加速度，不能用 2gh来求速度，故 AB 错误；C、应用米尺量出纸带下落高度，不能用2vhg求高度，故 C 错误；D、下落高度应该用米尺测量，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测出瞬时速度，故 D 正确。故选 D考点：验证机械能守恒定律。5. （2013 海南） 【题号：3200001306】 某同学用图甲所示的实验装置验
15、证机械能守恒定律.已知打点计时器所用电源的频率为 50Hz,当地重力加速度大小为 g=9.80m/s2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示,纸带上的第一个点记为 O,另选连续的三个点A、B 、C 进行测量 ,图中给出了这三个点到 O 点的距离 hA、h B 和 hC 的值.回答下列问题( 计算结果保留三位有效数字):(1)打点计时器打 B 点时, 重物速度的大小 vB=_m/s.(2)通过分析该同学测量的实验数据, 他的实验结果是否验证了机械能守恒定律 ?简要说明分析的依据.6、 （2016 年北京市西城区高三一模）如图 2 所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静
16、止开始自由下落，利用此装置可“验证机械能守恒定律”。 已准备的器材有：打点计时器（带导线） 、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还必需的器材是 （只有一个选项符合要求。填选项前的符号） 。A直流电源、天平及砝码 B直流电源、刻度尺C交流电源、天平及砝码 D交流电源、刻度尺 安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图 3 所示（其中一段纸带图中未画出） 。图中 O 点为打出的起始点，且速度为零。选取在纸带上连续打出的点 A、B、C 、D、E、F、G 作为计数点。其中测出 D、E、F 点距起始点 O 的距离如图所示。已知打点计时器打点周期为 T=0.02
17、s。由此可计算出物体下落到 E 点时的瞬时速度 vE =_ m/s（结果保留三位有效数字） 。 若已知当地重力加速度为 g，代入图 3 中所测的数据进行计算，并将 2E1v与 进行比较（用题中所给字母表示） ，即可在误差范围内验证，从 O 点到 E 点的过程中机械能是否守恒。 某同学进行数据处理时不慎将纸带前半部分损坏，找不到打出的起始点 O 了，如图 4所示。于是他利用剩余的纸带进行如下的测量：以 A 点为起点，测量各点到 A 点的距离h，计算出物体下落到各点的速度 v，并作出 v2-h 图像。图 5 中给出了 a、b、c 三条直线，他作出的图像应该是直线_；由图像得出，A 点到起始点 O
18、的距离为_cm（结果保留三位有效数字） 。 某同学在家里做“验证机械能守恒定律”的实验，他设计的实验装置如图 6 所示，用细线的一端系住一个较重的小铁锁（可看成质点） ，另一端缠系在一支笔上，将笔放在水平桌面的边上，用较重的书压住。将铁锁拉至与桌面等高处（细线拉直） ，然后自由释放。在笔的正下方某合适位置放一小刀，铁锁经过时，细线立即被割断，铁锁继续向前运动，落在水平地面上。测得水平桌面高度为 h，笔到铁锁的距离为 l，笔到铁锁落地的水平距离为 s。若满足 s2=_（用 l、h 表示） ，即可验证铁锁从释放至运动到笔的正下方的过程中机械能守恒。【答案】 （2） D； 3.04； gh 2 ；
19、a，10.0； 4l（h-l） 。【解析】 （1）打点计时器需要交流电源，测量纸带还需要刻度尺，故选项 D 正确，由于该实验是验证机械能能守恒定律，质量可以约掉，故不需要测量其质量的大小，所以选项 C错误；（2）打 E 点时的速度为 54.912.753.04/20DFExcmv msTS；（3）根据机械能守恒定律，则 21mgh， 故需要验证 22Eghv与 的关系即可；（4）若是从 A 点开始计时的，则 22=Av，故 A；即当 =h时，2v不是 0，故图像应该是直线 a，由图像可知当 v=0 时， =10cm，故说明 A 点到起始点 O 的距离为 10cm；（5 ）若机械能守恒，则 2glv，又因为线切割后铁锁做平抛运动，此后锁下落的时间为 2(h-l)tg，则锁的速度2()sgvthl，带入上式得：24()slh。考点：验证机械能守恒定律。
