新課標(biāo)必修79實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（新課標(biāo)）

1、9實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律山東省萊蕪市第十七中學(xué) 劉學(xué)連本人聲明：本文屬本人原創(chuàng)作品，本文著作權(quán)授予“北京全品考試書店有限公司、北京全品教育科技中心”獨(dú)家所有，本人擁有署名權(quán)。本實(shí)驗(yàn)借助的物理現(xiàn)象是：自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩?lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)原理請(qǐng)同學(xué)們完成以下填空：物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，只有_ 做功，物體的 _與_ 相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能不變。若物體的某一時(shí)刻的瞬時(shí)速度是v，下落高度是h,則有_重力重力勢(shì)能動(dòng)能mgh = mv2/2即驗(yàn)證：hv實(shí)驗(yàn)方法請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材“實(shí)驗(yàn)方法”部分并回答以下問題1、本實(shí)驗(yàn)需要哪些器材？2、簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟3、本實(shí)驗(yàn)要不要測(cè)物體的質(zhì)量？4、討論課文中“紙帶上某兩

2、點(diǎn)”如何選?。?、重物的速度如何測(cè)量？我們分別回答以上問題問題11、本實(shí)驗(yàn)需要哪些器材？電火花計(jì)時(shí)器（或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）重物 紙帶鐵架臺(tái)（帶鐵夾）刻度尺我們分別回答以上問題問題22、簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟按照課本所示裝置安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器將紙帶穿過計(jì)時(shí)器，下端與重物相連先接通電源后釋放紙帶更換紙帶，重復(fù)以上步驟選擇紙帶，處理數(shù)據(jù)我們分別回答以上問題問題33、本實(shí)驗(yàn)要不要測(cè)物體的質(zhì)量？不需要測(cè)量物體的質(zhì)量mgh = mv2/2只證明gh = v2/2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)，那就必須知道物體的質(zhì)量（即：課本中所說的用天平測(cè)物體的質(zhì)量）我們分別回答以上問題問題44、討論課文中“紙帶上某兩點(diǎn)的距離等于

3、重物”中的“某兩點(diǎn)”如何選取？hv我們驗(yàn)證：需要從起始點(diǎn)開始算起，如右圖：許多材料上指出：選取第1、2兩點(diǎn)間距2mm的紙帶，即在打第1個(gè)點(diǎn)的瞬間，紙帶開始下落，實(shí)際上在操作中這是很難控制的，所以只要保證操作正確即可，誤差也不會(huì)太大。可以想一想2mm是怎么來(lái)的？問題4我們分別回答以上問題實(shí)際上我們完全可以回避起始點(diǎn)的7113我們可以選取7、13兩點(diǎn)，比較它們的機(jī)械能E7和E13,以點(diǎn)13為0勢(shì)能參考點(diǎn)，則有： EK7mghEK13這樣，紙帶上打出起始點(diǎn)0后的第一個(gè)0.02s內(nèi)的位移是否接近2mm，以及第一個(gè)點(diǎn)是否清晰就無(wú)關(guān)緊要了回避第一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)的原因也包括實(shí)驗(yàn)時(shí)手提紙帶的不穩(wěn)定，使第一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)打

4、出的點(diǎn)跡過大，從而測(cè)量誤差加大。問題5我們分別回答以上問題5、重物的速度如何測(cè)量？重物的速度可以用大家熟悉的方法從紙帶測(cè)出，這樣也就知道了它在各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從而得到它在各點(diǎn)的動(dòng)能。比較重物在某兩點(diǎn)的動(dòng)能與勢(shì)能之和，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。速度測(cè)量利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可以用 AC 的平均速度代表 B 的瞬時(shí)速度。請(qǐng)同學(xué)們獨(dú)立推導(dǎo)此表達(dá)式推導(dǎo)利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律如圖A、B、C是紙帶上相鄰的三個(gè)點(diǎn)，紙帶以加速度a做勻加速運(yùn)動(dòng)，所以A、C兩點(diǎn)的距離可以表示為：A、C的平均速度：另一方面所以結(jié)合v-t圖象了解瞬時(shí)速度和時(shí)間中點(diǎn)的平均速度相等的物理意義 推導(dǎo)利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律結(jié)論 做勻變速

5、運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度。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，這樣將得到機(jī)械能增加的結(jié)論，有阻力作用機(jī)械能應(yīng)該是減少的，故這種方法也不能用注意事項(xiàng)怎樣減少阻力？1、安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。2、應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，可使摩擦阻力，空氣阻力相對(duì)減小。注意事項(xiàng)以哪兩個(gè)點(diǎn)作為始末位置最為合適？實(shí)驗(yàn)用的紙帶一般小于1m，從起始點(diǎn)開始大約能打出20個(gè)點(diǎn)左右。末位置的點(diǎn)可選擇

6、倒數(shù)第一個(gè)點(diǎn)或倒數(shù)第二個(gè)點(diǎn)，從這一個(gè)點(diǎn)向前數(shù)46個(gè)點(diǎn)當(dāng)初位置的點(diǎn)，可以減小這兩個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)速度以及兩點(diǎn)之間距離（高度h）測(cè)量的誤差。誤差分析EP EK因重物下落中要克服阻力做功，實(shí)驗(yàn)的動(dòng)能增加量必定稍小于重力勢(shì)能減少量可以多次測(cè)量。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的主要內(nèi)容練習(xí)1、為進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，有下列器材可供選用：鐵架臺(tái)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，復(fù)寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導(dǎo)線，電鍵，天平。其中不必要的器材有： ；缺少的器材是 。不必要的器材有：秒表、低壓直流電源、天平。缺少的器材是低壓交流電源、重錘、刻度尺通過原點(diǎn)的直線、g. 2、在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，如果以v22為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是 ，才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其斜率等于 的數(shù)值。練習(xí)練習(xí)3、某次“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，用6V、50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條無(wú)漏點(diǎn)的紙帶，如圖4所示，O點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)為A、B、C、D，各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的長(zhǎng)度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1kg。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度vB= m/s，重錘的動(dòng)能EkB= J。從開始下落算起，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減小量為 J。根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論是