實驗驗證機械能守恒定律人教版高中物理課件

實驗：驗證機械能守

恒定律第八章機械能守恒定律實驗思路機械能守恒的前提是“只有重力或彈力做功”，因此研究過程一定要滿足這一條件。想一想，滿足這一條件的過程有哪些?自由下落的物體只受到重力作用，滿足機械能守恒的條件。物體沿光滑斜面下滑時，雖然受到重力和斜面的支持力，但支持力與物體位移方向垂直(圖8.5-1)，對物體不做功，這種情況也滿足機械能守恒的條件。機械能守恒定律告訴我們，在只有重力或彈力做功的系統內，動能與勢能相互轉化時總的機械能保持不變。下面我們通過實驗來研究物體運動過程中動能與重力勢能的變化，從而驗證機械能守恒定律。上一節(jié)課我們只是從物理學知識推導出機械能守恒定律，物理學是一門實驗科學，任何規(guī)律、公式都要經得起實驗的驗證，本節(jié)通過實驗來驗證機械能守恒的定律，進一步加深對該規(guī)律的理解。新課導入物體自由下落時，如果不計空氣阻力，這時物體的機械能守恒，也就是重力勢能的減少等于動能的增加。具體地說：方法一：若以重物下落的起始點O為基準，設重物的質量為m，測出物體自起始點O下落距離h時的速度v，則在誤差允許范圍內，由計算得出

機械能守恒定律即被驗證。實驗原理思考：如何驗證自由落體運動的機械能守恒？自由落體運動？=OB如圖所示，若要驗證O（重物下落的起點）點到B點機械能是否守恒需要測量哪些物理量？？=hh2h1OABC？=需要測量起點O到A、B、C三點的距離h1、h、h2？=方法二：若以重物下落過程中的某一點A為基準，設重物的質量為m，測出物體對應于A點的速度vA

再測出物體由A點下落Δh后經過B點的速度vB則在誤差允許范圍內，由計算得出

機械能守恒定律即被驗證。方法三：作v2/2－h(huán)圖像．從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的v2/2，然后以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據實驗數據繪出v2/2－h(huán)圖線．結論：若在誤差允許的范圍內，圖像是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律．Oh？=該圖像的斜率表示什么？打點計時器、紙帶、復寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺（帶鐵夾）、學生電源等。鐵架臺重物夾子紙帶復寫紙打點計時器實驗器材實驗步驟1.把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導線將學生電源和打點計時器接好。2.把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘?？吭诖螯c計時器附近。3.接通電源，待計時器打點穩(wěn)定后再松開紙帶，讓重錘自由下落，打點計時器應該在紙帶上打出一系列的點。4.重復上一步的過程，打三到五條紙帶。5.選擇一條點跡清晰且第l、2點間距離接近2mm的紙帶，在起始點標上0，以后各點依次為1、2、3……用刻度尺測量對應下落的高h1、h2、h3、……記入表格中。

各計數點l23456

下落高度

速度

勢能

動能

結論6.用公式vn=hn+1+hn-1/2t，計算出各點的瞬時速度v1、v2、v3……并記錄在表格中。7.計算各點的重力勢能的減少量mgh和動能的增加量1/2mvn2，并進行比較．看是否相等，將數值填人表格內。1.實驗中安裝打點計時器時，限位孔必須在同一豎直直線上，以減少摩擦阻力，計時器離地面的高度約1m，實驗用的紙帶60cm即可。2.實驗時，必須先接通電源，讓打點計時器工作正常以后，才能松開紙帶，讓重物落下。3.紙帶上端要用手提著靜止，這樣保證下落的速度v為0。并且紙帶上打出的第一個點是清晰的一個小點。注意事項4.測量下落高度時，都必須從起點算起，不能搞錯，為了減小測量h值的誤差，選取的各計數點要離起始點遠些。5.實驗中重物和紙帶下落過程中要克服阻力（注意是打點計時器的阻力）做功，所以動能的增加量ΔEk一定小于重力勢能的減少量ΔEp。6.鐵架臺上固定打點計時器的夾子不可伸出太長，以防鐵架臺翻到。7.因ΔEk=ΔEp，兩邊均有質量m，故不測量m也可以驗證機械能守恒。紙帶的選取關于紙帶的選取，我們分兩種情況加以說明：1.用

驗證這是以紙帶上第一點（起始點）為基準驗證機械能守恒定律的方法。由于第一點應是重物做自由落體運動開始下落的點，所以應選取點跡清晰且第1、2兩點間的距離接近2mm的紙帶。h起始點本實驗起始點（速度為零），如何確認？h起始點即：紙帶上的頭兩個點間的距離應接近2mm。h≈2×10-3m=2mmΔhAB這是回避起始點，在紙帶上選擇后面的某兩點驗證機械能守恒定律的方法。由于重力勢能的相對性，處理紙帶時選擇適當的點為基準點，勢能的大小不必從起始點開始計算。這樣，紙帶上打出起始點O后的第一個內的位移是否接近2mm，以及第一個點是否清晰也就無關緊要了。實驗打出的任何一條紙帶，只要后面的點跡清晰，都可以用于計算機械能是否守恒。2.用

驗證當然，實驗開始時如果不是用手提著紙帶的上端，而是用夾子夾住紙帶的上端，待開始打點后再松開夾子釋放紙帶，打點計時器打出的第一個點的點跡清晰，計算時從第一個計時點開始至某一點的機械能守恒，其誤差也不會太大。回避第一個計時點的原因也包括實驗時手提紙帶的不穩(wěn)定，使第一個計時點打出的點跡過大，從而使測量誤差加大。速度的測量結論：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如何測物體的瞬時速度：tvAvvCvBOt2tABC思考：能否用v=gt或求瞬時速度？1.利用v=gt求瞬時速度，因重物下落過程中受阻力影響，重物實際加速度比g小，如果用v=gt來求瞬時速度，會導致計算出的速度比實際值大，從而導致ΔEk大于

Δ

EP，與事實不符；2.利用

求瞬時速度，相當于默認機械能守恒來驗證機械能守恒；思考：為什么重物的重力勢能減少量略大于動能的增加量？如何減小它們之間的誤差？1.重物下落過程中克服阻力做功。2.減小誤差的措施：（1）減小重物下落時受到的空氣阻力（選擇體積小、密度大的重物）；系統誤差阻力來源：（1）重物下落過程中受空氣阻力；（2）紙帶與打點計時器之間存在摩擦阻力.（2）用電火花計時器代替電磁打點計時器；（3）安裝打點計時器時保證兩個限位孔豎直；（4）釋放紙帶時，保證紙帶豎直。誤差分析思考：實驗中是否存在其他誤差？若存在如何減小誤差？測量紙帶長度時存在誤差措施：（1）多次測量取平均值；（2）依次測量后面的點與第一點之間的距離。偶然誤差hh2h1OABC【針對訓練】1．某位同學做“驗證機械能守恒定律”的實驗，下列操作步驟中錯誤的是（）A.把打點計時器固定在鐵架臺上，用導線連接到低壓交流電源B.將連有重錘的紙帶穿過限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度C.先釋放紙帶，再接通電源D.更換紙帶，重復實驗，根據記錄處理數據C2．(多選)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，有關重物的質量，下列說法中正確的是(

)A．應選用質量較大的重物，使重物和紙帶所受的重力遠大于它們所受的阻力B．應選用質量較小的重物，使重物的慣性小一些，下落時更接近于自由落體運動C．不需要稱量重物的質量D．必須稱量重物的質量，而且要估讀到0.01gAC3．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，質量m＝1kg的重物自由下落，在紙帶上打出一系列的點，如圖所示(相鄰兩計數點時間間隔為0.02s)，單位cm，那么(1)紙帶的________端與重物相連；(2)打點計時器打下計數點B時，重物的速度vB＝________；(3)從起點O到打下計數點B的過程中重物重力勢能減少量是ΔEp＝____