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专题37 实验：验证机械能守恒定律
1.
[2022·广东省湛江市四中期中考试]利用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”实
验．
为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变
化量．
(1)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带．在纸带上选取三个
连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h、h、h.已知当地重力加速
A B C
度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物
的重力势能变化量ΔE＝________，动能变化量ΔE＝________．
p k
(2)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是
________．
A．利用公式v＝gt计算重物速度
B．利用公式v＝计算重物速度
C．空气阻力和摩擦力的影响
D．没有采用多次实验取平均值的方法
(3)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到
起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2 h图像，并做如下判断：若图像
是一条过原点的直线，图像斜率满足k＝________，则重物下落过程中机械能守恒．
2．[2022·河南省六市联考]某实验小组设计实验验证机械能守恒定律，实验装置示意
图如图所示，在铁架台上用铁夹固定好一个力传感器，一根长为L的不可伸长的细线上端
固定在力传感器上，下端固定在小球上(小球视为质点)，把小球拉离平衡位置使细线偏离
竖直方向一个角度，由静止释放小球，力传感器可记录小球在摆动过程中细线拉力大小，
实验测得小球在平衡位置静止时传感器的读数为F.
0(1)某次实验测得释放小球时的位置与最低点的高度差为h，小球运动到最低点时力传
感器的示数为F，则需要验证机械能守恒定律的表达式为________(用已知和测量的物理量
的符号表示).
(2)实验过程中要求力传感器的最大读数不超过2F，则释放小球时细线与竖直方向夹
0
角θ不超过________．
(3)关于该实验，下列说法正确的有________．
A．细线要选择伸缩性小的
B．小球尽量选择密度大的
C．不必测出小球的质量
D．可以直接用弹簧测力计代替力传感器进行实验
3.
[2022·湖南省五市十校联考]某同学设计了如图所示装置来验证机械能守恒定律．
(1)质量均为M的重物A、B用绕过光滑定滑轮的轻绳连接、重物A上装有质量不计的
遮光片，竖直标尺下端固定有光电门，固定重物A.先记下遮光片在标尺上对准的位置，再
在重物A点下面悬挂一个质量为m的钩码．由静止释放重物A，记录遮光片通过光电门的遮
光时间t，若遮光片的宽度为d，则遮光片挡光时重物A的速度为v＝________．
(2)在重物A下面依次悬挂2个，3个，4个……n个质量为m的钩码，每次重物A从同
一位置静止释放，重复(1)实验n次，测得n个对应的遮光片遮光时间t，以t2为纵轴，以
为横轴，作出t2图像，另外还需要测量的物理量是________(写出物理量及符号).已知当地
重力加速度为g，如果作出的图像与纵轴的截距等于________，图像的斜率等于
________，则机械能守恒定律得到验证．专题37 实验：验证机械能守恒定律
1．(1)mgh (2)C (3)2g
B
解析：(1)从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量ΔE＝mgh.
p B
B点的速度v＝，则动能的增加量为ΔE＝mv＝.
B k
(2)验证性实验中若重物的速度采用选项A、B的方法计算得出，则会出现重力势能的
减少量小于等于动能的增加量，A、B错误；由于纸带在下落过程中，重锤和空气之间存在
阻力，纸带和打点计时器之间存在摩擦力，所以减小的重力势能会大于动能的增加量，C
正确；多次实验取平均值的方法可以减小偶然误差，对系统误差没有效果，D错误．
(3)若机械能守恒，则有mgh＝mv2，可得v2＝2gh，则此时v2 h图像是过原点的一条直
线，图像的斜率为2g.
2．(1)Fh＝(F－F)L (2)60° (3)ABC
0 0
解析：(1)小球的重力mg＝F，到最低点时，
0
F－mg＝，动能E＝mv2＝(F－F)L，减小的重力势能E＝mgh＝Fh，需验证的表达式为
k 0 p 0
Fh＝(F－F)L.
0 0
(2)小球的重力mg＝F，在最低点F－mg＝m，小球从静止释放运动到最低点的过程
0
中，满足机械能守恒的关系式mgL(1－cos θ)＝mv2，解得F＝F(3－2cos θ)，由F≤2F
0 0
可知θ≤60°.
(3)为了减小细线对小球做功的影响，细线要选择伸缩性小的，A正确；为减小空气阻
力的影响，小球尽量选择密度大的，B正确；由实验原理可知，要验证Fh＝(F－F)L，不
0 0
必测出小球的质量，C正确；用弹簧测力计不能准确读出小球在最低点时的力的大小，即
力的最大值，D错误．
3．(1) (2)重物A释放时遮光片离光电门的距离h
解析：(1)由题意可得，遮光片遮光时重物的速度v＝
(2)根据机械能守恒，可得nmgh＝(nm＋2M)()2
即有t2＝＋·
如果图像与纵轴的截距为、斜率为，则机械能守恒定律得到验证．
