高一物理必修二79實驗：驗證機械能守恒定律

1、9 9實驗：驗證機械能守恒定律實驗：驗證機械能守恒定律1、機械能守恒的定義是什么？、機械能守恒的定義是什么？2、機械能守恒的條件是什么？、機械能守恒的條件是什么？3、自由落體運動的物體，機械能守恒嗎？、自由落體運動的物體，機械能守恒嗎？ 質(zhì)量為m的物體從O點自由下落，以地面為零參考面，經(jīng)過A、B兩點的速度分別為VA和VB，A、B兩點距地面的高度分別為hA、hB。4、如何推導(dǎo)機械能守恒的表達式？、如何推導(dǎo)機械能守恒的表達式？判斷機械能是否守恒判斷機械能是否守恒（1）Tm(2)T(3) 平拋平拋v0（不計阻力）（不計阻力）(4)勻速直線勻速直線vv（5）光光本實驗借助本實驗借助自由落體運動自由落體

2、運動實驗原理實驗原理研究在自由落體運動中：研究在自由落體運動中：kpEE？OABCDhv方案方案1：從起點開始計算：從起點開始計算21? 2mvmgh方案方案2：從一般位置開始計算：從一般位置開始計算h2v1v2221? 1122mvmvmgh-測量這些物理量，需要哪些器材？測量這些物理量，需要哪些器材？1、選擇重物時，選輕一點的好還是重一點、選擇重物時，選輕一點的好還是重一點的好？為什么？的好？為什么？ 我們要求重物作自由落體運動，而我們要求重物作自由落體運動，而阻力是不可避免地存在的，為了減少阻阻力是不可避免地存在的，為了減少阻力對實驗的影響，應(yīng)采用密度較大的重力對實驗的影響，應(yīng)采用密度較

3、大的重物。物。2、安裝打點計時器時，應(yīng)注意什么問題？、安裝打點計時器時，應(yīng)注意什么問題？ 計時器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎計時器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，計時器要穩(wěn)定在鐵架臺上，并直方向，計時器要穩(wěn)定在鐵架臺上，并將計時器伸出桌外。將計時器伸出桌外。3、這樣做的目的是什么、這樣做的目的是什么? 減小紙帶與限位孔的摩擦帶來的實驗減小紙帶與限位孔的摩擦帶來的實驗誤差；保證重物有足夠的下落空間，以便誤差；保證重物有足夠的下落空間，以便在紙帶上能夠打出較多的點，有利于進行在紙帶上能夠打出較多的點，有利于進行計算計算 4、實驗時，接通電源和釋放紙帶的順序、實驗時，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？怎樣？

4、先通電源，再釋放紙帶先通電源，再釋放紙帶5、釋放紙帶時應(yīng)注意什么問題？、釋放紙帶時應(yīng)注意什么問題？ 釋放重物前，重物應(yīng)靠近打點計時釋放重物前，重物應(yīng)靠近打點計時器，以便能打出較多的點。拉穩(wěn)紙帶的器，以便能打出較多的點。拉穩(wěn)紙帶的上端，確保重物由靜止釋放。上端，確保重物由靜止釋放。實驗裝置、步驟及注意事項實驗裝置、步驟及注意事項1、組裝實驗裝置、組裝實驗裝置2、釋放重錘記錄運動情況、釋放重錘記錄運動情況3、選擇紙帶、選點并測量、選擇紙帶、選點并測量4、計算、計算vn及對應(yīng)動能及對應(yīng)動能5、比較、比較 是否相等是否相等1、安裝要豎直、安裝要豎直2、先通電再釋放、先通電再釋放3、先斷電再取紙帶、先斷

5、電再取紙帶4、計數(shù)點距起點遠一些、計數(shù)點距起點遠一些5、注意刻度尺讀數(shù)規(guī)則、注意刻度尺讀數(shù)規(guī)則實驗步驟實驗步驟注意事項注意事項212nnmvmgh和本實驗要不要測量物體的質(zhì)量？本實驗要不要測量物體的質(zhì)量？mgh =mv 21 12 2gh =v 21 12 2無需測量物體的質(zhì)量無需測量物體的質(zhì)量如果實驗要求計算勢能和動能的具體如果實驗要求計算勢能和動能的具體數(shù)據(jù)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。數(shù)據(jù)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。紙帶上的第一個點為計時起點紙帶上的第一個點為計時起點0 0 （起始點的起始點的速度應(yīng)該為零，即打點計時器在紙帶上打下速度應(yīng)該為零，即打點計時器在紙帶上打下第一個點時紙帶剛開始下

6、落第一個點時紙帶剛開始下落）。）。gh =v 21 12 212x = = gt2 = = 9.80.022m 210-3m = = 2 mm12h起始點起始點對于實際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第對于實際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第一個點就是紙帶剛開始下落時打下的呢？一個點就是紙帶剛開始下落時打下的呢？紙帶上的頭兩個點間的距離應(yīng)接近紙帶上的頭兩個點間的距離應(yīng)接近2mm。如何測量物體的瞬時速度如何測量物體的瞬時速度? ? 做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度，做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度，等于相鄰兩點間的平均速度。等于相鄰兩點間的平均速度。1132nnnhhvT、確定物體速度及動能的方法

7、確定物體速度及動能的方法2nnvghnnvgt112nnnddvT為理論值，條件為機為理論值，條件為機械能必須守恒械能必須守恒為實際測量結(jié)果為實際測量結(jié)果21mgh2mv驗證驗證： 計時器打下的第一個點作為起始計時器打下的第一個點作為起始點，適當增大距離后選一個點作終點點，適當增大距離后選一個點作終點Vh注意：必須保證紙帶上的第一個點跡清晰，注意：必須保證紙帶上的第一個點跡清晰，且是放手時打下的第一個點。且是放手時打下的第一個點。通過本實驗，我們可以得到的結(jié)論是：通過本實驗，我們可以得到的結(jié)論是： 可不可以可不可以用圖象處用圖象處理數(shù)據(jù)理數(shù)據(jù)?0hv 21 12 2gh =v 21 12 2該

8、圖象的該圖象的斜率表示斜率表示什么？什么？為什么圖為什么圖象通過原象通過原點？點？ 因重物下落中要克服阻力因重物下落中要克服阻力做功，實驗的動能增加量必定做功，實驗的動能增加量必定稍小于重力勢能減少量稍小于重力勢能減少量kpEE在誤差范圍內(nèi)，機械能守恒在誤差范圍內(nèi)，機械能守恒 （3 3）如果所打的紙帶，前幾個點不清晰）如果所打的紙帶，前幾個點不清晰，其它點清晰，用這樣的紙帶怎樣驗證機械能，其它點清晰，用這樣的紙帶怎樣驗證機械能守恒定律。守恒定律。一、實驗方法一、實驗方法 驗證用自由落體運動驗證用自由落體運動中機械能守恒中機械能守恒 二、要注意的問題二、要注意的問題 實驗的誤差來源實驗的誤差來源

9、三、速度的測量三、速度的測量 做勻變速運動的紙做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度，等于相鄰兩點帶上某點的瞬時速度，等于相鄰兩點間的平均速度間的平均速度1、某次、某次“驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律”的實驗中，用的實驗中，用6V、50Hz的打點的打點計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖4所示，所示，O點為重錘下落的點為重錘下落的起點，選取的計數(shù)點為起點，選取的計數(shù)點為A、B、C、D，各計數(shù)點到，各計數(shù)點到O點的長度已在點的長度已在圖上標出，單位為毫米，重力加速度取圖上標出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為，若重錘質(zhì)量為1kg。打點計時器打

10、出打點計時器打出B點時，重錘下落的速度點時，重錘下落的速度vB= m/s，重錘，重錘的動能的動能EkB= J。從開始下落算起，打點計時器打從開始下落算起，打點計時器打B點時，重錘的重力勢能減點時，重錘的重力勢能減小量為小量為 J。根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出始到打出B點的過程中，得到的結(jié)論是點的過程中，得到的結(jié)論是 。1.1750.690.69機械能守恒機械能守恒例例1.“1.“驗證牛頓第二定律驗證牛頓第二定律”及及“驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律”這兩個實驗，它們的共同之處是這兩個實驗，它們的共同之處是

11、 ( )( )A A都要用打點計時器都要用打點計時器 B B都要用天平測質(zhì)量都要用天平測質(zhì)量CC都要用刻度尺測位移都要用刻度尺測位移D D都要計算瞬時速度都要計算瞬時速度AC練習(xí)練習(xí)1.1.在在驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律的實驗中，需直的實驗中，需直接測量的物理量是接測量的物理量是 ( ) ( ) A A重物的質(zhì)量重物的質(zhì)量B B重力加速度重力加速度CC重物下落的高度重物下落的高度D D與下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度與下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度C例例2.2.在在驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律的實驗中，下列操作的實驗中，下列操作正確的是正確的是 A A先釋放重物，后接通電源先釋放

12、重物，后接通電源B B用秒表測量重物下落的時間用秒表測量重物下落的時間CC打完一條紙帶后，立即切斷電源打完一條紙帶后，立即切斷電源D D每打完一條紙帶，活動復(fù)寫紙位置每打完一條紙帶，活動復(fù)寫紙位置CD練習(xí)練習(xí)2.2.在驗證機械能守恒定律的實驗中要用到的器材在驗證機械能守恒定律的實驗中要用到的器材和測量儀器有和測量儀器有_A A打點計時器打點計時器B B低壓交流電源低壓交流電源CC秒表秒表D D重重錘錘 E E鐵架臺和復(fù)夾鐵架臺和復(fù)夾 F F紙帶紙帶GG刻度尺刻度尺 H H天天平平ABDEFG例例3.3.在下面三個力學(xué)實驗中在下面三個力學(xué)實驗中A A驗證牛頓第二定律驗證牛頓第二定律B B驗證機械

13、能守恒定律驗證機械能守恒定律CC碰撞中的動量守恒碰撞中的動量守恒(1)(1)實驗中要使用打點計時器的有實驗中要使用打點計時器的有_(2)(2)實驗中要求物體通過某點即時速度的有實驗中要求物體通過某點即時速度的有_(3)(3)實驗中必須用天平測物體質(zhì)量的有實驗中必須用天平測物體質(zhì)量的有_(4)(4)實驗中要用刻度尺量長度的有實驗中要用刻度尺量長度的有_(5)(5)實驗中需要平衡摩擦力的有實驗中需要平衡摩擦力的有_A BBA CA B C A練習(xí)練習(xí)3.3.在在“驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律”的實驗中：的實驗中：(1)(1)現(xiàn)有器材是：打點計時器；低壓電源；紙帶；帶現(xiàn)有器材是：打點計時器；

14、低壓電源；紙帶；帶夾子的重物；刻度尺；天平；導(dǎo)線；鐵架臺。其中夾子的重物；刻度尺；天平；導(dǎo)線；鐵架臺。其中該實驗不需要的器材是該實驗不需要的器材是_。(2)(2)實驗中，要從幾條打上點的紙帶中挑選第一、二實驗中，要從幾條打上點的紙帶中挑選第一、二兩點間的距離接近兩點間的距離接近 _mm_mm并且點跡清晰的紙帶進并且點跡清晰的紙帶進行測量。行測量。(3)(3)某學(xué)生在實驗中器材安裝正確，操作規(guī)范，所用某學(xué)生在實驗中器材安裝正確，操作規(guī)范，所用交流電的頻率為交流電的頻率為50Hz50Hz，但驗證結(jié)果是重物增加的動，但驗證結(jié)果是重物增加的動能稍小于它減少的重力勢能，其主要原因是能稍小于它減少的重力勢

15、能，其主要原因是_。天平天平h=gt2/2=100.022/2=0.002m=2mm紙帶受到的摩擦和空氣阻力做負功紙帶受到的摩擦和空氣阻力做負功例例4 4 某學(xué)生在驗證機械能守恒定律的實驗中有如下操作步某學(xué)生在驗證機械能守恒定律的實驗中有如下操作步驟，試按合理的順序步驟序號填在下面的線上：驟，試按合理的順序步驟序號填在下面的線上：_A A斷開電源，取下紙帶，選出前兩個點間距離接近斷開電源，取下紙帶，選出前兩個點間距離接近2mm2mm的紙帶；的紙帶；B B把紙帶固定在重錘上；把紙帶固定在重錘上；CC將紙帶穿過打點計時器，并把紙帶上提使重錘停在靠近將紙帶穿過打點計時器，并把紙帶上提使重錘停在靠近打

16、點計時器的地方；打點計時器的地方；D D把打點計時器固定在放于桌邊的鐵架臺上，并與低壓交把打點計時器固定在放于桌邊的鐵架臺上，并與低壓交流電源相連接；流電源相連接；E E接通電源，同時釋放紙帶；接通電源，同時釋放紙帶；F F求出重錘重力勢能的減少量求出重錘重力勢能的減少量EPEP和動能的增加量和動能的增加量EKEK，比較比較EPEP和和EKEK得出實驗結(jié)論；得出實驗結(jié)論；GG用刻度尺量出所選取的計數(shù)點到打下的第一個點用刻度尺量出所選取的計數(shù)點到打下的第一個點0 0之間之間的距離的距離DBCEAG F練習(xí)練習(xí)4 4 在驗證機械能守恒定律的實驗中：在驗證機械能守恒定律的實驗中：A A帶重錘的紙帶穿

17、過打點計時器，用手將紙帶豎直提起帶重錘的紙帶穿過打點計時器，用手將紙帶豎直提起B(yǎng) B用天平測出重錘的質(zhì)量用天平測出重錘的質(zhì)量CC把打點計時器豎直固定在鐵架臺上把打點計時器豎直固定在鐵架臺上D D把打點計時器接上低壓交流電源把打點計時器接上低壓交流電源E E松開紙帶，使重錘自由下落松開紙帶，使重錘自由下落F F閉合電鍵閉合電鍵 GG重做幾次，選出第一、二點間距離接重做幾次，選出第一、二點間距離接近近2mm2mm，點子清晰的紙帶，點子清晰的紙帶H H在紙帶上，記下第一個點的位置在紙帶上，記下第一個點的位置0 0，并在紙帶上依次選，并在紙帶上依次選取幾個點標出取幾個點標出0 0、1 1、2 2、33

18、I I計算出與各點對應(yīng)的速度計算出與各點對應(yīng)的速度V1V1、V2V2和測出各點到和測出各點到0 0點點的距離的距離h1h1、h2h2把數(shù)據(jù)填入表格把數(shù)據(jù)填入表格J J算出重物運動到點算出重物運動到點1 1、2 2、33時減少的重力勢能以及時減少的重力勢能以及增加的動能，進行驗證增加的動能，進行驗證在上述步驟中不必要的是在上述步驟中不必要的是_將必要的步驟前面的字母按合理的順序排列出來，將必要的步驟前面的字母按合理的順序排列出來，_CC、D D、A A、F F、E E、GG、H H、I I、J JB例例5.5.在用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實中，在用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實中，(

19、1)(1)若用公式若用公式v=gtv=gt計算瞬時速度進行驗證，打點計時器計算瞬時速度進行驗證，打點計時器所接交流的頻率為所接交流的頻率為50Hz50Hz，甲、乙兩條實驗紙帶，應(yīng)選，甲、乙兩條實驗紙帶，應(yīng)選_紙帶為好（圖）紙帶為好（圖）(2)(2)若通過測量紙帶上某兩點間距離來計算瞬時速度進若通過測量紙帶上某兩點間距離來計算瞬時速度進行驗證的話，設(shè)已測得點行驗證的話，設(shè)已測得點2 2到到4 4點之間距離為點之間距離為S S1 1，點，點0 0到到點點3 3之間距離為之間距離為S S2 2，打點周期為，打點周期為T T，為驗證自重物開始，為驗證自重物開始下落到打點計時器打下點下落到打點計時器打下

20、點3 3這段時間內(nèi)機械能守恒，這段時間內(nèi)機械能守恒，實驗結(jié)果應(yīng)滿足實驗結(jié)果應(yīng)滿足S S1 1、S S2 2、T T之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為_(3)(3)重物選取的原則應(yīng)是重物選取的原則應(yīng)是_甲甲S2=S12/(8gT2)重力遠遠大于阻力重力遠遠大于阻力練習(xí)練習(xí)5.5.在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，物體從靜止落下，并在紙帶上打下從，物體從靜止落下，并在紙帶上打下從0 0開始的一系列開始的一系列的點，已知所用電源頻率為的點，已知所用電源頻率為50Hz50Hz，每打，每打5 5個點取一個個點取一個計數(shù)點，各計數(shù)點與第一個點計數(shù)點，各計數(shù)點與第一個點

21、0 0之間的距離見下表之間的距離見下表(1)(1)則實驗所測重力加速度值為則實驗所測重力加速度值為_(2)(2)計數(shù)點計數(shù)點2 2所對應(yīng)的即時速度值所對應(yīng)的即時速度值_(3)(3)實驗中是否需要測出重物質(zhì)量實驗中是否需要測出重物質(zhì)量?_?_；因為因為_9.77m/s2197.95cm/s不需要不需要實驗并不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值實驗并不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值, ,根據(jù)根據(jù)mgh=mvmgh=mv2 2/2/2可消去可消去mm例例6.6.為了驗證物體在自由下落過程中機械能是守恒的，為了驗證物體在自由下落過程中機械能是守恒的，將將m=0.5kgm=0.5kg的重物系上一紙帶，并將紙帶穿

22、過打點計時的重物系上一紙帶，并將紙帶穿過打點計時器，當重物自由下落時，得到如圖所示的記錄紙帶，已器，當重物自由下落時，得到如圖所示的記錄紙帶，已知打點周期知打點周期T=0.02sT=0.02s（設(shè)當?shù)氐闹亓铀俣龋ㄔO(shè)當?shù)氐闹亓铀俣萭=9.9m/s2g=9.9m/s2）計算打計算打A A、B B兩點時重物下落的速率兩點時重物下落的速率VA=_VA=_，VB=_VB=_以以A A、B B兩點為例，驗證機械能是否守恒兩點為例，驗證機械能是否守恒? ?Ek=_Ek=_，mgh=_mgh=_結(jié)論結(jié)論_1.5m/s2.1m/s0.54J0.53J在誤差允許范圍內(nèi)機械能守恒在誤差允許范圍內(nèi)機械能守恒練習(xí)練

23、習(xí)6.6.斜面長斜面長100cm100cm，高，高60cm60cm，某同學(xué)以質(zhì)量為，某同學(xué)以質(zhì)量為400g400g的小車沿斜面下滑來驗證機械能守恒定律，他從的小車沿斜面下滑來驗證機械能守恒定律，他從記錄小車運動的打點紙帶上選取了記錄小車運動的打點紙帶上選取了A A、B B、CC、D D四個四個計數(shù)點，已知每相鄰兩點間對應(yīng)的時間間隔為計數(shù)點，已知每相鄰兩點間對應(yīng)的時間間隔為0.1s0.1s，A A與與B B、B B與與CC、CC與與D D之間的距離分別為之間的距離分別為10cm10cm、15cm15cm、20cm20cm，則小車由紙帶上對應(yīng)打，則小車由紙帶上對應(yīng)打B B點時運動到點時運動到打打C

24、C點時，小車動能增加了點時，小車動能增加了_J_J，重，重力勢能減小了力勢能減小了_J_J實際上此過程實際上此過程機械能并不守恒是由于機械能并不守恒是由于_ _ ，若，若減小斜面傾角，將使本實驗的誤差減小斜面傾角，將使本實驗的誤差_（填（填“增大增大”、“減小減小”、“不變不變”）增大增大 0.30.35摩擦力對小車做了功摩擦力對小車做了功例例7 7. .在在 驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律 的實驗中的實驗中, ,已知打點計時器已知打點計時器所用電源的頻率為所用電源的頻率為50Hz ,50Hz ,查得當?shù)氐闹亓铀俣炔榈卯數(shù)氐闹亓铀俣萭=9.80m/sg=9.80m/s2 2 , ,

25、測得所用的重物的質(zhì)量為測得所用的重物的質(zhì)量為1.00kg,1.00kg,實驗運實驗運用公式用公式mvmv2 2/2=mgh/2=mgh時時, ,從幾條打上點的紙帶中挑選第一從幾條打上點的紙帶中挑選第一第二點間的距離接近第二點間的距離接近_mm_mm并且點跡清楚的紙帶（并且點跡清楚的紙帶（如圖所示）進行測量，把第一個點記作如圖所示）進行測量，把第一個點記作OO，另選連續(xù)的，另選連續(xù)的4 4個點個點A A、B B、CC、D D作為測量的點，經(jīng)測量知道作為測量的點，經(jīng)測量知道A A、B B、CC、D D各點到各點到OO點的距離分別點的距離分別19.63cm,23.74cm19.63cm,23.74cm、28.22cm28.22cm、33.12cm33.12cm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由OO點點運