實(shí)驗(yàn)+驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律+高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

5實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律本實(shí)驗(yàn)借助驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律自由落體運(yùn)動(dòng)案例1

研究自由落體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能一、實(shí)驗(yàn)原理

在自由落體運(yùn)動(dòng)中，若物體下落高度h時(shí)的速度為v,則由機(jī)械能守恒定律可知：hvmgh=mv

212問(wèn)題1本實(shí)驗(yàn)要不要測(cè)量物體的質(zhì)量？mgh

=mv

212gh

=v

212無(wú)需測(cè)量物體的質(zhì)量如果實(shí)驗(yàn)要求計(jì)算勢(shì)能和動(dòng)能的具體數(shù)據(jù)，那就需要知道物體的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)操作把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，并接好學(xué)生電源。把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。接通電源，待計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后再松開(kāi)紙帶，讓重錘自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該在紙帶上打出一系列的點(diǎn)。重復(fù)上一步的過(guò)程，打三到五條紙帶。問(wèn)題2紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)0（起始點(diǎn)的速度應(yīng)該為零，即打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下第一個(gè)點(diǎn)時(shí)紙帶剛開(kāi)始下落）。gh

=v

21212x

=

gt2

=

×9.8×0.022m

≈2×10-3m=

2

mm12h起始點(diǎn)紙帶上的頭兩個(gè)點(diǎn)間的距離應(yīng)接近2mm。實(shí)驗(yàn)原理2A2B2121mvmvmgΔh-=？

要證明上式是否成立，需要測(cè)量哪些物理量？可以回避起始點(diǎn)嗎（即處理紙帶時(shí)可以不用到起始點(diǎn)嗎）?ΔhAB辨析計(jì)算物體的速度，可有三種方法第1種方法是根據(jù)機(jī)械能守恒定律得到的，而我們的目的就是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，所以不能用第2種方法認(rèn)為加速度為g，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實(shí)際加速度必將小于g，故這種方法也不能用h實(shí)驗(yàn)器材重物、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、交流電源、鐵架臺(tái)、夾子、天平、毫米刻度尺實(shí)驗(yàn)步驟與操作1、選擇重物時(shí)，選輕一點(diǎn)的好還是重一點(diǎn)的好？為什么？為了減少阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，應(yīng)采用密度較大的重物。實(shí)驗(yàn)步驟與操作2、安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)注意什么問(wèn)題？

計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定在鐵架臺(tái)上，并將計(jì)時(shí)器伸出桌外。3、這樣做的目的是什么?

減小紙帶與限位孔的摩擦帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差；實(shí)驗(yàn)步驟與操作4、釋放紙帶時(shí)應(yīng)注意什么問(wèn)題？先通電源，再釋放紙帶釋放重物前，重物應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，以便能打出較多的點(diǎn)。拉穩(wěn)紙帶的上端，確保重物由靜止釋放。實(shí)驗(yàn)操作把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，并接好學(xué)生電源。把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。接通電源，待計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后再松開(kāi)紙帶，讓重錘自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該在紙帶上打出一系列的點(diǎn)。重復(fù)上一步的過(guò)程，打三到五條紙帶。實(shí)驗(yàn)操作選擇一條點(diǎn)跡清晰且第l、2點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0，以后各點(diǎn)依次為1、2、3……用刻度尺測(cè)量對(duì)應(yīng)下落的高h(yuǎn)1、h2、h3、……記入表格中。各計(jì)數(shù)點(diǎn)l23456下落高度速度勢(shì)能動(dòng)能結(jié)論方法二：圖像法(如圖所示).若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)圖線是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為_(kāi)__的直線，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證.g誤差分析思考：為什么重物的重力勢(shì)能減少量略大于動(dòng)能的增加量？

如何減小它們之間的誤差？1.重物下落過(guò)程中克服阻力做功。系統(tǒng)誤差阻力來(lái)源：（1）重物下落過(guò)程中受空氣阻力；（2）紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間存在摩擦阻力。2.減小誤差的措施：（1）減小重物下落時(shí)受到的空氣阻力（選擇體積小、密度大的重物）；（2）用電火花計(jì)時(shí)器代替電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；（3）安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)保證兩個(gè)限位孔豎直；（4）釋放紙帶時(shí)，保證紙帶豎直。誤差分析問(wèn)題與思考思考：實(shí)驗(yàn)中是否存在其他誤差？若存在如何減小誤差？測(cè)量紙帶長(zhǎng)度時(shí)存在誤差減小誤差的措施：（1）多次測(cè)量取平均值；（2）依次測(cè)量后面的點(diǎn)與第一點(diǎn)之間的距離。偶然誤差hh2h1OABC案例2研究沿斜面下滑物體的機(jī)械能1.實(shí)驗(yàn)器材氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計(jì)時(shí)器、帶有遮光條的滑塊.2.實(shí)驗(yàn)步驟①把氣墊導(dǎo)軌調(diào)成傾斜狀態(tài)，滑塊沿傾斜的氣墊導(dǎo)軌下滑時(shí)，記錄下兩次擋光的時(shí)間Δt1和Δt2.②測(cè)量?jī)晒怆婇T(mén)之間高度差Δh③計(jì)算滑塊通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)時(shí)的速度v1、v2，代入表達(dá)式驗(yàn)證.3.物理量的測(cè)量及數(shù)據(jù)處理若遮光條的寬度為ΔL，則滑塊經(jīng)過(guò)兩光電門(mén)時(shí)的速度分別為v1＝_____，v2＝_____；(3)若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)滿足____________________，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.4.誤差分析兩光電門(mén)之間的距離稍大一些，可以減小誤差；遮光條的寬度越小，誤差越小.三、系統(tǒng)的機(jī)械能守恒

用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，物塊2從高處由靜止開(kāi)始下落，物塊1上拖著的紙帶打出了一系列的點(diǎn).圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶，其中0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出).已知物塊1、2的質(zhì)量分別為m1＝50g、m2＝150g.(電源頻率為50Hz，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v5＝____m/s.2.4(2)在打點(diǎn)0～5過(guò)程中，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量ΔEk＝____J，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝____J.(g取10m/s2)0.580.60(3)若某同學(xué)作出的

v2－h(huán)圖像如圖丙所示，則當(dāng)?shù)氐膶?shí)際重力加速度g＝____m/s2.9.7

如圖所示裝置可用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.長(zhǎng)度為L(zhǎng)的輕繩一端固定在O點(diǎn)，另一端系一擺錘A，在A上放一個(gè)小鐵片.現(xiàn)將擺錘拉起，使輕繩偏離豎直方向θ角，由靜止開(kāi)始釋放擺錘，當(dāng)其到達(dá)最低位置時(shí)，受到豎直擋板P阻擋而停止運(yùn)動(dòng)，這時(shí)鐵片將做平拋運(yùn)動(dòng)而飛離擺錘，用刻度尺量出鐵片的水平位移為x，下落高度為H.(不計(jì)A與鐵片間的摩擦)(1)要驗(yàn)證擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒，必須求出擺錘初始位置離最低位置的高度，其高度應(yīng)為_(kāi)__________，同時(shí)還應(yīng)求出擺錘在最低位置時(shí)的速度，其速度應(yīng)為_(kāi)______.(重力加速度為g)L(1－cosθ)四、利用平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒(2)用實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的物理量寫(xiě)出驗(yàn)證擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒的關(guān)系式為_(kāi)_________________.x2＝4HL(1－cosθ)作業(yè)注意事項(xiàng)：1、重力加速度取值2、有效數(shù)字3、單位換算4、不允許用計(jì)算器一、實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理

某實(shí)驗(yàn)小組“用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和步驟完成下列問(wèn)題：例1(1)關(guān)于上述實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是_____.A.重物最好選擇密度較小的木塊B.重物的質(zhì)量可以不測(cè)量C.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶D.可以利用公式v＝

來(lái)求解瞬時(shí)速度BC(2)如圖乙是該實(shí)驗(yàn)小組打出的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，紙帶上的O點(diǎn)是起始點(diǎn)，選取紙帶上連續(xù)的點(diǎn)A、B、C、D、E、F作為計(jì)時(shí)點(diǎn)，并測(cè)出各計(jì)時(shí)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離依次為27.94cm、32.78cm、38.02cm、43.65cm、49.66cm、56.07cm.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源是50Hz的交流電，重物的質(zhì)量為0.5kg，則從計(jì)時(shí)器打下點(diǎn)O到打下點(diǎn)D的過(guò)程中，重物減少的重力勢(shì)能ΔEp＝______J；重物增加的動(dòng)能ΔEk＝______J，兩者不完全相等的原因可能是____________________________.(重力加速度g取9.8m/s2，計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)2.14

2.12重物下落過(guò)程中受到阻力作用(3)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)又正確計(jì)算出圖乙中打下計(jì)時(shí)點(diǎn)A、B、C、D、E、F各點(diǎn)的瞬時(shí)速度v，以各計(jì)時(shí)點(diǎn)到A點(diǎn)的距離h′為橫軸，v2為縱軸作出圖像，如圖丙所示，根據(jù)作出的圖像，能粗略驗(yàn)證自由下落的物體機(jī)械能守恒的依據(jù)是：___________________________________________________.圖像的斜率等于19.52，約為重力加速度g的兩倍，故能驗(yàn)證

現(xiàn)利用如圖所示裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”.圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30°.讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門(mén)1、2各自連接的數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為5.00×10－2s、2.00×10－2s.已知滑塊質(zhì)量為2.00kg，滑塊沿斜面方向的長(zhǎng)度為5.00cm，光電門(mén)1和2之間的距離為0.54m，g取9.80m/s2.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(1)滑塊通過(guò)光電門(mén)1時(shí)