實驗：驗證機械能守恒定律 【知識精講架構(gòu)+備課精研精梳】 高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

實驗：驗證機械能守恒定律知識清單要點概述驗證機械能守恒定律的方案有很多，我們常見的方案有以下三種：1、研究自由下落物體的機械能2、研究沿斜面下滑物體的機械能3、研究單擺運動、平拋運動物體的機械能快做筆記！我們在選擇題中常遇見的“驗證機械能守恒的實驗”實際指的是研究自由下落物體的機械能守恒鉤碼拉動滑塊的運動舉例：驗證可采用的形式自由落體運動小球的擺動、平拋機械能守恒定律在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變。思考：機械能守恒的條件是什么？它有哪些表達(dá)形式？1.條件：僅有重力或彈力做功。2.表達(dá)式：（1）守恒的角度：E1=E2（2）轉(zhuǎn)化的角度：

△Ek增=△EP減（3）轉(zhuǎn)移的角度：

△EA增=△EB減思考：我們熟知的運動中，哪些運動滿足僅有重力做功？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。鐵架臺重物夾子紙帶復(fù)寫紙打點計時器1、實驗器材研究自由下落物體的機械能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)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。（二）實驗依據(jù)：（一）實驗?zāi)康模候炞C機械能守恒定律新課教學(xué)：研究自由下落物體的機械能2.實驗步驟(1)安裝置：按圖所示將檢查、調(diào)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：①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；②先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落；③關(guān)閉電源，取下紙帶。更換紙帶重復(fù)做3～5次實驗。(3)選紙帶：選取點跡清晰且第1、2兩點間距接近2mm的紙帶。(4)測數(shù)據(jù)：用毫米刻度尺測出所選定的各計時點到基準(zhǔn)點的距離。簡記：安裝置→打紙帶→選紙帶→測數(shù)據(jù)→驗證機械能守恒快做筆記！實驗原理：△EP減=△Ek增

ghAB＝研究自由下落物體的機械能驗證機械能守恒的方法研究自由下落物體的機械能問題1紙帶上的第一個點為計時起點0（起始點的速度應(yīng)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起始點對于實際獲得的紙帶，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？紙帶上的頭兩個點間的距離應(yīng)接近2mm。研究自由下落物體的機械能思考可以回避起始點嗎（即處理紙帶時可以不用到起始點嗎）?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：mgΔh=ΔhAB

研究自由下落物體的機械能第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(rèn)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，這樣將得到機械能增加的結(jié)論，有阻力作用機械能應(yīng)該是減少的，故這種方法也不能用。問題：計算物體的速度，可有三種方法，哪種方法不合適？為什么？求瞬時速度在第一個打點上標(biāo)出O，并從稍靠后的某一點開始，以后每隔四個點依次標(biāo)出1、2、3、4…并量出各點到位置O的距離h1、h2、h3、h4….用公式vn＝計算出各點對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3、v4….各計數(shù)點123456下落高度hn/m速度vn/m·s-1重力勢能Ep/J動能Ek/J兩者比較誤差來源減小誤差的措施實驗注意事項阻力的影響設(shè)法減小阻力打點計時器應(yīng)安裝穩(wěn)固，限位孔在一豎直線上，減小紙帶與限位孔間的摩擦阻力減小重物體積可減小空氣阻力增大重物重力選用密度大的重物，一般用鐵塊實驗操作不當(dāng)調(diào)節(jié)打點計時器注意將電磁打點計時器接在低壓交流電源上，調(diào)節(jié)好振針的長度，使點跡清晰注意釋放紙帶與接通電源的順序接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后再釋放紙帶讓重物下落選擇紙帶選擇點跡清晰的紙帶，最好是第1點和第2點間距接近2mm的紙帶測量誤差h誤差防止分段測量增大誤差各點對應(yīng)的下落高度均從起點測量，不可用累加法，否則將增大誤差3．某同學(xué)使用如圖所示的裝置來驗證“機械能守恒定律”。（1）下面是操作步驟：a．按圖1安裝器材；b．使重物帶動紙帶下落；c．接通打點計時器，使計時器開始工作；d．對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出結(jié)論；e．根據(jù)需要，在紙帶上選擇合適的測量數(shù)據(jù)。把上述必要的操作步驟按正確的順序排列___________。acbed

（2）計時器接在頻率為50Hz的交流電源上，圖2為實驗中打出的一條紙帶，從起始O點開始，將此后連續(xù)打出的7個點依次標(biāo)為A、B、C、D……，計時器打F點時，重錘下落的速度為___________m/s。（保留三位有效數(shù)字）（3）該同學(xué)正確進(jìn)行計算后發(fā)現(xiàn)，從打O點到打F點的過程中，重錘重力勢能的減少量總是稍大于重錘動能的增加量，造成這種結(jié)果的原因是___________。1.15受到阻力的作用1.在自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，甲、乙兩條實驗紙帶，應(yīng)選_______________紙帶為好（圖）甲應(yīng)用舉例2.在驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量為m＝1.00kg的重錘拖著紙帶下落，在此過程中，打點計時器在紙帶上打出一系列的點，在紙帶上選取五個連續(xù)的點A、B、C、D和E，如圖所示．其中O為重錘開始下落時記錄的點，各點到O點的距離分別是31.4mm、49.0mm、70.5mm、95.9mm、124.8mm.當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2.本實驗所用電源的頻率f＝50Hz.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(1)打點計時器打下點B時，重錘下落的速度vB＝_______m/s，打點計時器打下點D時，重錘下落的速度vD＝