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第五节 验证机械能守恒定律
验证机械能守恒定律
1．机械能守恒定律是可以通过理论推导出来的定律，用实
验不仅可检验机械能守恒定律，而且还可检验物理理论．
2．学会设计实验，通过正确理解机械能守恒定律的内容和
____________，设计验证实验．
成立条件
3．学会数据处理，从实验结果中分析数据，得出结论．
要点1
创新实验方案设计
(1)在该实验中选取气垫导轨、光电门、数字计时器等器材，
如图 4－5－1 所示安装实验装置，图中 m 为滑块质量，l 为挡
光板长度，G1、G2 为光电门.
1．用气垫导轨验证机械能守恒定律
图 4－5－1
(2)将滑块从轨道上端某一处滑下，测出它通过光电门 G1
和 G2 时的速度 v1 和 v2，可得到 G1 到 G2 这段位移中滑块的动
(3)再算出 G1 到 G2 这段位移中滑块重力势能的减少量ΔEp，
比较ΔEk 和ΔEp，得到ΔEk＝ΔEp 的结论，从而证明机械能
守恒．
图 4－5－1
2．用自由落体验证机械能守恒定律（落体法）
图 4－5－2
(1)安装：如图 4－5－2 所示，将打点计时器
固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低
压交流电源相连接．
(2)先接电源，后放纸带：把纸带一端在重物
上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的
限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计
时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸
带，让重物自由下落．重复几次，打下 3～5
条纸带．
(4)数据测量：测出 0 到点 1、点 2、点 3、…
的距离，即为对应的下落高度 h1、h2、h3、…
(5)数据处理：利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下
落的高度 h，计算出瞬时速度 v，便可验证物体重力势能的减少
(3)选纸带：选取点迹较为清晰的纸带；挑选
纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并
依次标上 0、1、2、3、…
3．利用平抛运动验证机械能守恒定律
(1)运用如图 所示的装置，让小球从光滑斜轨道的某一高度
处由静止开始滚下．小球离开轨道时做平抛运动．
图 4－5－3
(2)测出图中平台高度 H、小球在光滑斜轨道上由静止开始
滚下时离平台的高度 h 以及小球做平抛运动时的水平位移 s.
图 4－5－3
(4）比较mgh和1/2mv2的大小，即比较gh和1/2v2的大小，若
gh= 1/2v2，则可以验证机械能守恒。
（3）由H=1/2gt2算出小球做平抛运动的时间，再由v=s/t算出
小球离开轨道时的速度v。
【例1】为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列
器材可供选择：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、低压直
流电源、天平、秒表、导线、开关，其中
不必要的器材是___________________ ，
缺少的器材是_____________________.
低压交流电源、重锤、刻度尺
低压直流电源、天平、秒表
解析：打点计时器工作是需要用交流电源的，故低压直流
电源应该换成低压交流电源；在该实验中，物体的质量可以不
用测量，用不到天平；打点计时器已经起到计时的作用了，秒
表多余，而且打点计时器比秒表计时更精确．
1．如图 4－5－4 所示，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，
轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP 是可绕 O 点转动的轻杆，
且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球(可看做质点)．现在
利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能．
图 4－5－4
重力
质量
(1)还需要的器材是______、_______．
天平
刻度尺
(2)以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对_____
______的测量，进而转化对______和______的直接测量．
高度
势能