高中物理 实验：验证机械能守恒定律（练习）

新教材基础巩固提升三级跳

第八章机械能守恒定律

8.5实验：验证机械能守恒定律-

基础知识

知识点梳理：

一、实验目的

验证机械能守恒定律.

一、实验原理

实验原理图

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相应过程动能的增加量,

若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律.

三、实验器材

打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根.

四、实验步骤

I.安装置：按实验原理图将检查、调整好的打点计时器整直固定在铁架台上，接

好电路.

2.打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物匕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次〜5次实验.

3.选纸带：⑴用〃励=品，来验证，应选点迹清晰，一且1、2两点间距离接近2mm

的纸带.

(2)用力〃而一为〃或=〃田验证时，只要4、4之间的点迹清晰即可选用.

五、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

六、验证方案

方案一:利用起始点和第n点计算.代入和;或如果在实验误差允许的范围内，

ghn=^则验证了机械能守恒定律.

方案二：任取两点计算

1.任取两点A、8测出加工算出g/M分

2.算出;点的值.

3.如果在实验误差允许的范围内，g以8=3/一小儿则验证了机械能守恒定律.

方案三：图象法.从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度近

并计算各点速度的平方V2,然后以斗2为纵轴，以力为横轴，绘出上2一力图线，若是一

条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守色定律.

七、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。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△£=

%?后必定梢小「重力势能的减少量△Ep=，，3%改进办法是调整安装的器材，尽可能地

减小阻力.

八、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

平面内，以减少摩擦阻力.

2.重物应选用质量大、体积小、密度大的材料.

3.测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用『"4,不能用Vn=

或V„=gt来计算.

预习基础：

一、填空题

1.如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B

验证质量为M的滑块（含遮光条）和质量为〃?的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮

光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为加口△〃，光电门A、B之间

验证本系统机械能守恒的表达式为（用已知量和能直接测量的量表示）。

2.利用物体自由下落过程验证机械能守恒定律，应从图中选择最合适的“重物”是

试卷第2页，共9页

（填“A"、"B”或“C”）。

3.用图（a）所示装置脸证机械能守恒定律。图（b）是某次实验中正确操作得到的一

张纸带，依次测出了计时点4B、D、E、F到计时点。的距离4、k%、九、殳。已知

打点频率为f,当地重力加速度大小为g。

（1）打A点时重锤的速度表达式巳=；打？点时重锤的速度表达式也

（2）若选取A到七的过程验证机械能守恒定律，则需要验证的关系式为

4.用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。实验中需测量重物下落的瞬时

速度。在重物拖动的纸带上选择三个连续的点，它们之间的距离如图2所示，已知打

点计时器每隔0.02s打一个点，计时器在打下B点时重物的速度大小为

,m/s（保留两位有效数字）。

7.19cm7.57cm

图2

多次实验后发现，重物减小的重力势能总是稍大于增加的动能，分析产生这种误差的

原因：O

巩固所学

二、单选题

5.在用打点计时器记录纸带研究物体的自由落体运动时，为了提高实验的准确度，下

列做法不正确的是（）

A.整个装置应竖直

B.先用手捏住纸带上端，然后释放让重锤下落

C.先放手再接通电源

D.纸带应平行于打点计时器的限位孔

6.下列四个学生实验中，必须要测量质量、时间和位移的是（）

A.探究小车速度随时间变化的规律

B.探究加速度与力、质量的关系

C.验证机械能守恒定律

D.探究平抛运动的特点

7.在“验证机械能守恒定律''实验中，纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示，其中

8.在做“用落体法验证巩械能守恒定律”的实验时，除了铁架台、交流电源、刻度尺、

纸带等实验器材外，必需的器材还应包括（）

A.停表B.天平

C.打点计时器D.弹簧测力计

9.小华同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律。卜.列说法正确的是（)

试卷第4页，共9页

A.甩火花计时器应连接交流电源，工作电压约为8V

B.实验中应手提纸带上端，先释放纸带再启动电火花计时器

C.打出的纸带前面一小段被损毁，用剩余部分也能验证机械能守恒定律

D.实验中所测重物的动能增加量通常比其重力势能的减少量稍大

10.《验证机械能守恒定律》的实验中，对自由下落的重物，选择哪一个较好（）

A.只要有足够重就可以

B.只要体积足够小就可以

C.应该密度大些，同时较重，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲

11.如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B

验证质量为M的滑块（含遮光条）和质量为，〃的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮

光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为△/1、光电门A、B之间的

距离为滑块运动通过光电门B时，钩码未落地。（重力加速度为g）

气垫、导费电始滑之遮产

用上述装置做“探究滑块的加速度与力的关系实验“，若M=0.4kg。改变〃?的值，进行

多次实验，以下机的取值合适的一个是。

A.，叫=50gB.ni2=10gC.=100gD.w4=400g

12.《用DIS研究机械能守恒定律》的实验中，下列说法中正确的是（)

A.摆锤每次都必须从摆锤释放器的位置以不同的速度向下运动

B.必须测定摆锤的质量

C.摆锤下落的高度可由标尺盘直接测定

D.定位挡片的作用是改变摆锤的机械能

13.如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置，下列说法正确的是（）

A.释放纸带时，重锤应尽量远离打点计时器

B.可以利用公式计算重物的速度

c.由于阻力，重锤重力势能的减少量大于动能的增加量

D.交流电源的实际频近若小于50Hz,算得的动能偏小

能力提升

三、实验题

14.如图I所示为“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验装置。

试卷第6页，共9页

图1

图3

(1)实验中得到的一条纸带，在纸带上选取三个连续打出的点4、8、。测得它们到

起始点。的距离分别为力4、hB、力匚重物质量用/〃表示，已知当地重力加速度为

g，打点计时器打点的周期为兀从打下。点到打下8点的过程中，重物重力势能的减

少量△厮二，动能的增加量AE产o

(2)在实验过程中，下列实验操作和数据处理错误的是o

A.重物下落的起始位置靠近打点计时器

B.做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重物

C.为测量打点计时器打下某点时重物的速度打可测量该点到。点的距离人再根据

公式了二再计算，其中g应取当地的重力加速度

D.用刻度尺测量某点到O点的距离/?,利用公式〃?g力计算重力势能的减少量，其中g

应取当地的重力加速度

(3)某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到初速度为零的起始点的距离力，并计

算出打相应计数点时重物的速度也描点并绘出v2—/?的图像。若实验中重物所受阻力

不可忽略，且阻力大小架持不变，从理论上分析，合理的v2—/?图像是图3中的

15.某实验小组为测量小球从某一高度释放，与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损

失，设计了如图（。）所示的装置，实验过程如下：

（1）让小球从某一高度由静止释放，与水平放置的椽胶材料碰撞后竖直反弹。调节光

电门位置，使小球从光电门正上方释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门；

（2）用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图（。）所示，小球直径

d-mm；

（3）测量时，应（选填或"B"，其中A为“先释放小球，后接通数字计时

器”，B为“先接通数字计时器，后释放小球”）。记录小球第一次和第二次通过光电门

的遮光时间。和

（4）计算小球通过光电门的速度。已知小球的质量为〃b可得小球与橡胶材料碰撞

导致的机械能损失△£=（用字母〃?、d、。和，2表示）；

（5）若小球与橡胶材料碰撞后，明显未能沿图（。）中所示虚线竖直弹起，则小球与

橡胶材料碰撞前后的时间7/i2（选填"大于小于”“相等”）。

16.小明同学利用如图所示的实验装置来验证机械能守恒定律，A为装有挡光片的钩

码，总质量为M，挡光片的挡光宽度为从轻绳一端与A相连，另一端跨过光滑轻质

定滑轮与质最为〃，（〃?＜必）的重物B相连。他的做法是：先用力拉住B,保持A、B静

止，测出从挡光片的上端到光电门的距离/?,然后由静止释放B,A下落过程中经过光

电门，测得挡光片的挡光时间八算出挡光片经过光电门的平均速度，将其视为A下

落/?时的瞬时速度，已知当地的重力加速度大小为g。

试卷第8页，共9页

（1）在A由静止开始二落力的过程中，验证A、B、地球所组成的系统机械能守恒的

表达式为（用题目所给物理量的符号表示）。

（2）改变/?的值多次进行实验，测得各次挡光片的挡光时间，，以力为纵轴、提为横

轴建立平面直角坐标系，在坐标系中作出人，图像。若图像斜率为___________,则

r

证明系统的机械能守恒。

（3）若利用本实验装置，根据上述实验数据来测量当地的重力加速度g,则测量值总

是真实值（选填“大于”“等于”或“小于”）。

参考答案:

2A/j

【来源】江苏省盐城市2021-2022学年高一下学期期终考试物理试题（必修）

【详解】实睑需要验证钩码重力势能的减少量等于钩码和滑块动能的增加量，即

1‘A"1

2Ar;2A/;

所以脸证本系统机械能守恒的表达式为

mgs=—{m+M)d2(---

2Ar;

2.A

［来源】浙江省湖州市2016-2017学年高一下学期期末调研物理试题

【详解】验证机械能守恒时，为了减小阻力的影响，重物选择质量大一些的，体积，:、

一些的。

故选A。

3flh,"<3）g仇一九）=《_［（4一®2一后］

［来源］福建省福州市福清西山学校2021-2022学年高一下学期3月月考物理试题

（文科班）

【详解】（1）口］彳点的瞬时速度等于点。到点8过程的平均速度

八2T2

［2］£点的瞬时速度等于点。到点尸过程的平均速度

v_&-%_/也-小

（2）［3］如彳到£的过程机械能守恒定律，则有

〃火（八一/?J=/"八，J一耳

带入可得

g（h「hj=%~［仇一％了一hi］

上式即为需要脸证的关系式。

4.3.69m/s空气阻力、纸带摩擦等导致能量损失

【来源】天津市红桥区2019-2020学年高一下学期期末考试物理试题

【详解】［1］8点的瞬时速度等于点力到点。过程的平均速度

7.19+7.57cm

=3.69m/s

IT2x0.02s

［2］空气阻力、纸带摩擦等导致能量损失

答案第10页，共7页

5.C

【来源】江苏省苏州市八校2022-2023学年高一上学期10月联合调研测试物理试题

【详解】AD.为了减小阻力，应让整个装矍竖直、纸带平行于打点计时器的限位孔，

故AD正确，不符合题意；

B.释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直，从而减小纸带与限位孔之间的摩

擦，然后释放让重锤下落，故B正确，不符合题意；

C.为了提高纸带利用率，尽量多的打点，实验时应先接通之源，再释放重锤，让其自

由下落，故C错误，符合题意。

故选C。

6.B

【来源】浙江省杭州市第四中学下沙校区2021-2022学年高一下学期期中物理试题

【详解】A.探究小车速度随时间变化的规律的实验中，不需要测小车的质量，故A错

误；

B.探究加速度与力、质量的关系的实脸中，需要测小车的质量，需要用叶间和位移求

加速度，故B正确：

C.睑证机械能守恒定律的实验中，不需要测小球的质量，故C错误；

D.探究平抛运动的特点，不需要测小球的质量，故D错误，

故选B。

7.D

【来源】2023导学案必修第二册第八章5.实脸：验证机械能守恒定律（练）

【详解】验证机械能守恒定律实脸中，纸带应该笔直的穿过打点计时器，以减小纸若

与打点计时器间的摩擦力影响，同时重物应该紧靠打点计时器。

故选D。

8.C

【来源】2022必修第二册第八章5实验验证机诫能守恒定律（讲）

【详解】本实脸需要测量物体下落的高度来计算重力强能，测定速度来计算物体动能

增加量，故还需要打点计时器；打点计时器本身就是计时仪器，则不需要停表；要验

证的关系式两边都有质量，可消掉，则不需要用天平测质量。也不需要弹簧测拉力

计。

故选C。

9.C

【来源】江苏省苏州市2021-2022学年高一下学期学业质量阳光指标调研（延期）物

答案第11页，共7页

理试题

【详解】A.电火花计的器应接220V的交流电源，故A错误；

B.如果先放开纸带开始运动，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利

于数据的采集和处理，会对实验产生校大的误差；同时先打点，再释放纸带，可以使

打点稳定，提高纸带利用率，可以使纸带上打满点，故B错误；

C.前面的纸带损毁，利用后面纸带的从个相距较远的两点也能脸证机械能守恒律：利

用匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，可分别求出打下这

两点的速度，进而可求出动能的增加量，量出两点的距离后，可以求出重力势能的减

小量，然后两者对比，即可脸证机械能守恒定律，故C正确；

D.重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做

功，重力势能有部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量略大于动能的增

加量，故D错误。

故选G

10.C

【来源】宁夏青铜峡市宁朔中学2021-2022学年高一下学期期末物理试题

【详解】验证机械能守恒定律的实脸中，重物应选择密度大、体积小的较重物体，还

应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲，以减小空气阻力和摩擦阻力对实险的

影响，C正确，AB错误。

故选C。

11.B

【来源】江苏省盐城市2021-2022学年高一下学期期终考试物理试题（必修）

【详解】用上述装置做“探究滑块的加速度与力的关系实验”，设绳子拉力为r,则

根据牛顿第二定律有

mg-T=ma

T=M（i

联立可得

即只有当〃时，才能将绳子拉力7■近似等于钩码重力"名，B正确，ACD错误。

故选B。

12.C

【来源】上海奉贤区致远高级中学2021-2022学年高一下学期期末在线教学评估物理

答案第12页，共7页

试题

【详解】A.摆锋每次都必须从摆锤释放器的位置由静止开始向下运动，故A错误：

B.在验证机械能守恒表达式时，由于动能表达式和重力势能表达式中均含有摆锤质量

的一次项，所以可将质量约去，不必要测定摆锤的质量，故B错误；

C.摆锤下落的高度可由标尺盘直接测定，故C正确；

D.在定量研究机械能守恒定律之前需要进行定性研究的实脸，实验中用到图中的定位

挡片，它的作用是改变摆线的长度，来观察受到阻挡后摆锤能否摆到另外一侧接近释

放时的同一高度，故D错误。

故选C。

13.C

【来源】江苏省南通市海门区2021-2022学年高一下学期期末调研物理试题

【详解】A.为了充分利用纸带，减少实脸误差，释放纸带时，重锤应尽量靠近打点计

时器，故A错误；

B.求解各点的速度，运用某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解，不能

根据修。计算重物的速度，因为重物下落过程受到一定的阻力作用，使得重物的实际

加速度小于g,故B错误；

C.由于阻力，重锋重力势能的减少量大于动能的增加量，故C正确：

D.交流电频率小于50Hz时，会导致速度测量值偏大，导致算得的动能偏大，故D错

误。

故选C。

14.mgh—CA

B8T2

【来源】河南省郑州外国语学校2021-2022学年高一下期期中考试物理试题

【详解】(1)[1]从打下。点到打下8点的过程中，重物重力势能的减少量为

A£p-mghs

[2]做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，则重

物打8点时的速度大小为

%i一生

v»=———-

B2T

动能的增加量为

1。fn(h-h.)2

AE=-mv-=——c°J

k卜288T2

(2)[3]A.为充分利用纸带，重物下落的起始位置靠近打点计时器，A正确，不符合

题意；

答案第13页，共7页

B.做实脸时，先接通七点计时器的电源，再释放重锤，B正确，不符合题意；

C.根据实验打出的纸带，应由匀变速直线运动的推论求出打点计时器打下某点时重锤

的速度匕不可测量该点到0点的距离力，再根据公式u=J丽计算，否则就默认了机

械能守恒，失去了脸证的意义，C错误，符合题意；

D.用刻度尺测量某点到0点的距离"利用公式侬力计算重力势能的减少量，其中g

应取当地的重力加速度.D正确，不符合题意。

故选Co

(3)[4]设阻力大小为无由动能定理得

(〃名-7)〃=｝加

整理得

v2=2(^-—)/?

m

阻力，不变，m、g不变，则，与/;成正比。

故选A。

1C…°I("丫I⑺2

15.7.883B—m——ni\—

2Id2[tj

小于

【来源】山东省青岛第一中学2021-2022学年高一下学期期末物理试题

【详解】(2)[1]螺旋测微器的分度值为0.01mm,主刻度为7.5mm,可动刻度为

38.3X0.01mm=0.383mm

小球的直径为

d=7.5"〃〃+0.383〃〃〃=7.883/WH

(3)[2]由于小球下落时间很短，为了避免测量不准确，应该先接通数字计时器，后

释放小球。

故选Bo

(4)[3]由题意可得，小球向下、向上通过光也门的速度为

由题意可得，碰撞过程中损失的机械能为

答案第14页，共7页

12121d]1[d\

2।222[tj2⑷

(5)[4]由题意及上述分析可知，碰撞前小球通过光