實驗：驗證機械能守恒 【知識精講+備課精研+高效課堂】 高一物理精講精練課件（人教版2019必修第二冊）

第八章機械能守恒定律8.5

實驗：驗證機械能守恒定律Verifythelawofconservationofmechanicalenergy實驗?zāi)康模候炞C機械能守恒定律

機械能守恒定律告訴我們，在只有重力或彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能相互轉(zhuǎn)化時總的機械能保持不變。

那么，我們可以通過什么樣的實驗來驗證這一定律呢？一、實驗思路方案一：自由落體方案二：光滑斜面方案三：系統(tǒng)守恒方案四：創(chuàng)新設(shè)計一、實驗思路【實驗原理】物體自由下落時，如果不計空氣阻力，物體的機械能守恒，即重力勢能的減少量等于動能的增加量。思路：若以重物下落的起始點O為基準，設(shè)重物的質(zhì)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(nèi)，若有

即驗證了機械能守恒定律。hvO二、實驗思路1：自由落體法打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺（帶鐵夾）、學(xué)生電源等。夾子打點計時器紙帶重物？鐵架臺【實驗器材】二、實驗思路1：自由落體法【實驗步驟】1.把打點計時器安裝在鐵架臺上，并接好學(xué)生電源。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，使重錘停靠在打點計時器附近。3.先接通電源，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(yīng)該在紙帶上打出一系列的點。4.重復(fù)上一步的過程，打三到五條紙帶。二、實驗思路1：自由落體法方案一：自由落體法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，隔一段以后再依次選取A、B、C三個點，用刻度尺測量對應(yīng)下落的高h1、h2、h3、……記入表格中。

各計數(shù)點OABC

下落高度hh2h1OABC二、實驗思路1：自由落體法6.用公式vn=（h3-h1）/2t，計算出B點的瞬時速度vB并記錄在表中。7.計算B點的重力勢能的減少量mgh和動能的增加量1/2mvB2，并進行比較．看是否相等。

各計數(shù)點OABC

下落高度hh2h1OABC二、實驗思路1：自由落體法問題1：本實驗要不要測量物體的質(zhì)量？mgh=mv

212gh=v

212方程兩邊都有質(zhì)量m，可約去，可不測量物體的質(zhì)量。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。二、實驗思路1：自由落體法h

=

gt2=×9.8×0.022m≈2

mm1212h問題2：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？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。紙帶上的第一個點為計時起點0，該點的速度應(yīng)該為零。二、實驗思路1：自由落體法問題3：可以回避起始點嗎（即處理紙帶時可以不用起始點嗎）?ΔhAB用驗證，我們可以選取A、B兩點，比較它們的機械能EA和EB。若以點B為0勢能點，則有：EKA＋mgΔh＝EKB二、實驗思路1：自由落體法問題4：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(dǎo)致計算出的速度比實際值大，從而導(dǎo)致△Ek大于△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；二、實驗思路1：自由落體法0hv

212gh=v

212該圖象的斜率表示什么？為什么圖象過原點？圖象法處理數(shù)據(jù)結(jié)論：若在誤差允許的范圍內(nèi)，圖象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。二、實驗思路1：自由落體法思考：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。系統(tǒng)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。二、實驗思路1：自由落體法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）；（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。二、實驗思路1：自由落體法思考：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減小誤差的措施：（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二、實驗思路1：自由落體法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。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，這樣保證下落時的速度v為0。4.測量下落高度時，都必須從起點算起，為了減小測量h值的誤差，選取的各計數(shù)點要離起始點遠些?！咀⒁馐马棥慷?、實驗思路1：自由落體法1.利用裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。（1）除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺（含鐵夾）、打點計時器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的器材是______________。A.交流電源B.刻度尺C.天平（含砝碼）（2）實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC。解：三、練習(xí)與應(yīng)用1.已知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m，從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化了多少？動能變化了多少？（3）很多實驗結(jié)果顯示，重力勢能的減少量略大于動能的增加量，你認為原因是什么？解：三、練習(xí)與應(yīng)用2.圖為一種利用氣墊導(dǎo)軌“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置。主要實驗步驟如下：A.將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，將導(dǎo)軌調(diào)至水平。B.測出擋光條的寬度d。C.將滑塊移至圖示位置，測出擋光條到光電門的距離l。D.釋放滑塊，讀出擋光條通過光電門的擋光時間t。E.