物理人教版2019必修第二冊8.5 實驗：驗證機械能守恒定律16

第5節(jié)實驗：驗證機械能守恒定律第八章機械能守恒定律學習目標1、理解驗證機械能守恒定律的原理。會設計實驗方案，確定需要測量的物理量，采用正確的方法測量相關的物理量。2、能夠控制實驗條件，正確進行實驗操作，獲取物體下落的高度和速度的大小等數據，會分析動能增加量小于重力勢能減少量的原因，并采取相應措施，以減小實驗誤差。3、樹立實事求是的科學態(tài)度，培養(yǎng)認真嚴謹的科學精神。溫故知新1.內容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內，動能與勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變。這叫作機械能守恒定律。2.表達式：3.守恒條件：物體系統(tǒng)內只有重力或彈力做功(其他力不做功)，機械能守恒。一、實驗目的通過實驗驗證機械能守恒定律二、實驗原理如圖所示，質量為m的物體從O點自由下落，以地面作為零重力勢能面，如果忽略空氣阻力，下落過程中任意兩點A和B的機械能守恒，即二、實驗原理等式說明，物體重力勢能的減少等于動能的增加。為了方便，可以直接從開始下落的O點至任意一點（如圖中的A點）來進行研究，這時應有即為本實驗要驗證的表達式，式中h是物體從O點下落至A點的高度，vA是物體在A點的瞬時速度。三、實驗器材打點計時器，低壓交流電源，帶有鐵夾的鐵架臺，紙帶，復寫紙，帶夾子的重物，刻度尺，導線兩根。四、實驗步驟1、安裝置：按右圖將檢查、調整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。2、打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方。先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復做3-5次實驗。五、數據處理方法一：利用起始點和第n點計算代入和，如果在實驗誤差允許的條件下，

和相等，則驗證了機械能守恒定律。（1）任取兩點A、B測出hAB，算出mghAB。（2）算出（3）在實驗誤差允許的條件下，若,

則驗證了機械能守恒定律。方法二：任取兩點計算五、數據處理方法三：圖像法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，并計算各點速度的平方v2，然后以為縱軸，以h為橫軸，根據實驗數據做出圖線。

若圖線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。六、誤差分析1、本實驗中因重物和紙帶在下落過程中有各種阻力（如空氣阻力、打點計時器阻力）做負功，故動能的增加量稍小于重力勢能的減少量，即，這屬于系統(tǒng)誤差。改進的辦法是調整器材的安裝，盡可能地減少阻力。2、本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬于偶然誤差。減小誤差的辦法是測下落距離時都從O點量起，一次將各打點對應的下落高度測量完，或者多次測量取平均值來減小誤差。七、注意事項1、打點計時器要穩(wěn)定固定在鐵架臺上，打點計時器平面與紙帶限位孔調整在豎直方向，以減小摩擦阻力。2、應選用質量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對較小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。3、實驗中，需保持提紙帶的手不動，且保證紙帶豎直，待接通電源，打點計時器工作穩(wěn)定后，再松開紙帶。七、注意事項4、測下落高度時，要從第一個打點測起，并且各點對應的下落高度要一次測量完。5、速度不能用或計算，因為只要認為加速度為g，機械能一定守恒，即相當于用機械能守恒定律驗證機械能守恒定律，況且用計算出的速度比實際值大，會得出機械能增加的結論，而因為摩擦阻力的影響，機械能應該減小，所以速度應從紙帶上直接測量計算。同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測量，而不能用或計算得到。鞏固訓練例、“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置可以采用圖示的甲或乙方案來進行。鞏固訓練(1)比較這兩種方案，________(選填“甲”或“乙”)方案好些．(2)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，直接測量的物理量是________.A．重力加速度B．重物下落的高度C．重物下落的瞬時速度D．重物下落的平均速度(3)在進行“驗證機械能守恒定律”的實驗時，應________.A．先釋放紙帶，再接通電