實驗+驗證機械能守恒定律+高一下學期物理人教版（2019）必修第二冊

5實驗：驗證機械能守恒定律本實驗借助驗證機械能守恒定律自由落體運動案例1

研究自由落體運動的機械能一、實驗原理

在自由落體運動中，若物體下落高度h時的速度為v,則由機械能守恒定律可知：hvmgh=mv

212問題1本實驗要不要測量物體的質(zhì)量？mgh

=mv

212gh

=v

212無需測量物體的質(zhì)量如果實驗要求計算勢能和動能的具體數(shù)據(jù)，那就需要知道物體的質(zhì)量。實驗操作把打點計時器安裝在鐵架臺上，并接好學生電源。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。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。重復上一步的過程，打三到五條紙帶。問題2紙帶上的第一個點為計時起點0（起始點的速度應該為零，即打點計時器在紙帶上打下第一個點時紙帶剛開始下落）。gh

=v

21212x

=

gt2

=

×9.8×0.022m

≈2×10-3m=

2

mm12h起始點紙帶上的頭兩個點間的距離應接近2mm。實驗原理2A2B2121mvmvmgΔh-=？

要證明上式是否成立，需要測量哪些物理量？可以回避起始點嗎（即處理紙帶時可以不用到起始點嗎）?ΔhAB辨析計算物體的速度，可有三種方法第1種方法是根據(jù)機械能守恒定律得到的，而我們的目的就是驗證機械能守恒定律，所以不能用第2種方法認為加速度為g，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實際加速度必將小于g，故這種方法也不能用h實驗器材重物、打點計時器、紙帶、交流電源、鐵架臺、夾子、天平、毫米刻度尺實驗步驟與操作1、選擇重物時，選輕一點的好還是重一點的好？為什么？為了減少阻力對實驗的影響，應采用密度較大的重物。實驗步驟與操作2、安裝打點計時器時，應注意什么問題？

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

減小紙帶與限位孔的摩擦帶來的實驗誤差；實驗步驟與操作4、釋放紙帶時應注意什么問題？先通電源，再釋放紙帶釋放重物前，重物應靠近打點計時器，以便能打出較多的點。拉穩(wěn)紙帶的上端，確保重物由靜止釋放。實驗操作把打點計時器安裝在鐵架臺上，并接好學生電源。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。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。重復上一步的過程，打三到五條紙帶。實驗操作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(shù)點l23456下落高度速度勢能動能結(jié)論方法二：圖像法(如圖所示).若在實驗誤差允許范圍內(nèi)圖線是一條過原點且斜率為___的直線，則機械能守恒定律得到驗證.g誤差分析思考：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。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。誤差分析問題與思考思考：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案例2研究沿斜面下滑物體的機械能1.實驗器材氣墊導軌、數(shù)字計時器、帶有遮光條的滑塊.2.實驗步驟①把氣墊導軌調(diào)成傾斜狀態(tài)，滑塊沿傾斜的氣墊導軌下滑時，記錄下兩次擋光的時間Δt1和Δt2.②測量兩光電門之間高度差Δh③計算滑塊通過兩個光電門時的速度v1、v2，代入表達式驗證.3.物理量的測量及數(shù)據(jù)處理若遮光條的寬度為ΔL，則滑塊經(jīng)過兩光電門時的速度分別為v1＝_____，v2＝_____；(3)若在實驗誤差允許范圍內(nèi)滿足____________________，則驗證了機械能守恒定律.4.誤差分析兩光電門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)的機械能守恒

用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，物塊2從高處由靜止開始下落，物塊1上拖著的紙帶打出了一系列的點.圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶，其中0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個計時點(圖中未標出).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)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v5＝____m/s.2.4(2)在打點0～5過程中，系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝____J，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝____J.(g取10m/s2)0.580.60(3)若某同學作出的

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

如圖所示裝置可用來驗證機械能守恒定律.長度為L的輕繩一端固定在O點，另一端系一擺錘A，在A上放一個小鐵片.現(xiàn)將擺錘拉起，使輕繩偏離豎直方向θ角，由靜止開始釋放擺錘，當其到達最低位置時，受到豎直擋板P阻擋而停止運動，這時鐵片將做平拋運動而飛離擺錘，用刻度尺量出鐵片的水平位移為x，下落高度為H.(不計A與鐵片間的摩擦)(1)要驗證擺錘在運動中機械能守恒，必須求出擺錘初始位置離最低位置的高度，其高度應為___________，同時還應求出擺錘在最低位置時的速度，其速度應為_______.(重力加速度為g)L(1－cosθ)四、利用平拋運動驗證機械能守恒(2)用實驗中測量的物理量寫出驗證擺錘在運動中機械能守恒的關(guān)系式為__________________.x2＝4HL(1－cosθ)作業(yè)注意事項：1、重力加速度取值2、有效數(shù)字3、單位換算4、不允許用計算器一、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理

某實驗小組“用落體法驗證機械能守恒定律”，請根據(jù)實驗原理和步驟完成下列問題：例1(1)關(guān)于上述實驗，下列說法中正確的是_____.A.重物最好選擇密度較小的木塊B.重物的質(zhì)量可以不測量C.實驗中應先接通電源，后釋放紙帶D.可以利用公式v＝

來求解瞬時速度BC(2)如圖乙是該實驗小組打出的一條點跡清晰的紙帶，紙帶上的O點是起始點，選取紙帶上連續(xù)的點A、B、C、D、E、F作為計時點，并測出各計時點到O點的距離依次為27.94cm、32.78cm、38.02cm、43.65cm、49.66cm、56.07cm.已知打點計時器所用的電源是50Hz的交流電，重物的質(zhì)量為0.5kg，則從計時器打下點O到打下點D的過程中，重物減少的重力勢能ΔEp＝______J；重物增加的動能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，計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)2.14

2.12重物下落過程中受到阻力作用(3)實驗小組的同學又正確計算出圖乙中打下計時點A、B、C、D、E、F各點的瞬時速度v，以各計時點到A點的距離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，能粗略驗證自由下落的物體機械能守恒的依據(jù)是：___________________________________________________.圖像的斜率等于19.52，約為重力加速度g的兩倍，故能驗證

現(xiàn)利用如圖所示裝置“驗證機械能守恒定律”.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1、2各自連接的數(shù)字計時器顯示的擋光時間分別為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度為5.00cm，光電門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)滑塊通過光電門1時