8.5實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(自己上課用的)

功能關(guān)系：一、重力做功與重力勢能變化的關(guān)系重力做正功，重力勢能減小重力做負(fù)功，重力勢能增加二、彈簧彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系

彈簧彈力做正功，彈性勢能減小

彈簧彈力做負(fù)功，彈性勢能增加三、合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系合力做正功，動(dòng)能增大合力做負(fù)功，動(dòng)能減小四、重力(或彈簧彈力)以外的力做功與機(jī)械能變化的關(guān)系重力(或彈簧彈力)以外的力做正功，機(jī)械能增加重力(或彈簧彈力)以外的力做負(fù)功，機(jī)械能減小機(jī)械能守恒的條件是什么？它有哪些表達(dá)形式？【復(fù)習(xí)鞏固】條件：只有重力或彈力做功。注：此處彈力高中階段特指彈簧類彈力表達(dá)式：機(jī)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(dòng)能與勢能相互轉(zhuǎn)化時(shí)總的機(jī)械能保持不變。下面我們通過實(shí)驗(yàn)來研究物體運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能與重力勢能變化，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律?！緦?dǎo)入新課】第八章機(jī)械能守恒定律8.5

實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律思考：我們熟知的運(yùn)動(dòng)中，哪些運(yùn)動(dòng)滿足僅有重力或彈力做功？自由落體運(yùn)動(dòng)物體沿光滑斜面下滑小球的擺動(dòng)xy平拋運(yùn)動(dòng)鉤碼拉動(dòng)滑塊的運(yùn)動(dòng)【參考案例1】1、若物體由靜止下落高度h時(shí)，它的瞬時(shí)速度為v，那么重力勢能的減小量為mgh，動(dòng)能的增加量為

1/2mv2hmgh=mv

212二、實(shí)驗(yàn)原理看它們在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否是相等，如果相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒借助自由落體運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膙2、若以重物下落過程中的某一點(diǎn)A為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測出物體對應(yīng)于A點(diǎn)的速度vA

再測出物體由A點(diǎn)下落△h后經(jīng)過B點(diǎn)的速度vB則在誤差允許范圍內(nèi)，由計(jì)算得出

機(jī)械能守恒定律即被驗(yàn)證。

?hvBvAAB三、實(shí)驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、學(xué)生電源等。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶重物？鐵架臺(tái)4、選擇合適的紙帶，處理數(shù)據(jù)。3、更換紙帶，重復(fù)幾次。1、將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，把紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔。2、用手提著紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。然后先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落。四、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)要求計(jì)算勢能和動(dòng)能的具體數(shù)據(jù)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。問題1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)紙帶剛開始下落）。gh

=v

21212x=gt2

=

×9.8×0.022m

≈2×10-3m=

2

mm12h起始點(diǎn)對于實(shí)際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)就是紙帶剛開始下落時(shí)打下的呢？紙帶上的頭兩個(gè)點(diǎn)間的距離應(yīng)接近2mm。問題2思考：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）?我們可以選取A、B兩點(diǎn)，比較它們的機(jī)械能EA和EB。若以點(diǎn)B為0勢能點(diǎn)，則有：EKA＋mgΔh＝EKB或者研究A點(diǎn)到B點(diǎn)動(dòng)能增加量在誤差允許范圍內(nèi)是否等于重力勢能的減少量。ΔhAB無需測量物體的質(zhì)量如何測量物體的瞬時(shí)速度?問題3做勻變速運(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。速度能不能用v

=

2gh

或v

=

gt

計(jì)算？這種方法認(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。這種方法是根據(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。思考4、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)4～6

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）測量的誤差。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，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。3、選用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑選第一、二點(diǎn)間距接近2mm的點(diǎn)跡清晰且各點(diǎn)呈一條直線的紙帶。注意事項(xiàng)1、偶然誤差：測量長度時(shí)會(huì)帶來誤差2、系統(tǒng)誤差：實(shí)驗(yàn)中重物和紙帶下落過程中要克服阻力（主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力）做功，故動(dòng)能的增加量ΔEK

必定稍小于勢能的減少量ΔEP

。即ΔEK

<ΔEP誤差分析測量點(diǎn)n123456高度hn

/m速度vn

/m/s勢能EP

/J動(dòng)能EK/J可不可以用圖象處理數(shù)據(jù)?數(shù)據(jù)記錄0hv

212gh

=v

212該圖象的斜率表示什么？為什么圖象通過原點(diǎn)？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(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律?！緟⒖及咐?】二、實(shí)驗(yàn)原理借助沿斜面下滑物體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奈矬w沿光滑斜面下滑時(shí)，雖然受到重力和斜面的支持力，但支持力與物體位移方向垂直，對物體不做功，這種情況也滿足機(jī)械能守恒的條件物體沿光滑斜面下滑三、實(shí)驗(yàn)器材:氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器氣墊導(dǎo)軌光電門數(shù)字計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)裝置所示。實(shí)驗(yàn)操作中，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)，重力勢能減小，動(dòng)能增大。測量滑塊和擋光片的質(zhì)量，用光電門測量滑塊的瞬時(shí)速度。測量滑塊下降的高度Δh和初、末速度v1、v2，就可以驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，對于自由下落的重物，下列選擇條件中不可取的是（）A.選用重物時(shí)，重的比較好。B.選用重物時(shí)，體積小的比體積大的好。C.選定重物后，為驗(yàn)證機(jī)械能守恒，需要稱出它的質(zhì)量。D.重物所受重力應(yīng)遠(yuǎn)大于它所受的空氣阻力和紙帶受到的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力。C練習(xí)題：2.用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,下列哪些測量工具是必要的()A.天平B.彈簧測力計(jì)

C.刻度尺D.停表3.利用重物自由下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是()A.重物的重力,應(yīng)遠(yuǎn)大于它所受的空氣阻力和紙帶所受打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力.B.操作時(shí)應(yīng)先放紙帶再通電.C.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為4-6V的直流電源上.D.在驗(yàn)證過程中，只需比較v2/2與gh的大小即可，與重物質(zhì)量無關(guān)。CAD4.在用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖。其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn).該同學(xué)用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點(diǎn)的距離,并記錄在圖中(單位cm)。

⑴這三個(gè)數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是_____,應(yīng)記作_______cm。

OC15.70

⑵該同學(xué)用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作為跟B點(diǎn)對應(yīng)的物體的即時(shí)速度，則該段重錘重力勢能的減少量為_______，而動(dòng)能的增加量為________，(均保留3位有效數(shù)字，重錘質(zhì)量用m表示).這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量_______動(dòng)能的增加量，原因是

。1.22m

1.20m

>

因?yàn)橛心Σ辽鸁?減少的重力勢能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能⑶另一位同學(xué)根據(jù)同一條紙帶，同一組數(shù)據(jù)，也用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，不過他數(shù)了一