8.5實驗：驗證機(jī)械能守恒定律-高一下學(xué)期物理備課課件（人教2019必修第二冊）

高中物理必修二

第八章

機(jī)械能守恒定律8.5實驗：驗證機(jī)械能守恒定律一、實驗思路

機(jī)械能守恒的前提是“只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功”。

本節(jié)實驗我們以只有重力做功的過程進(jìn)行研究。二、物理量的測量及數(shù)據(jù)分析

只有重力做功時，只發(fā)生重力勢能和動能的轉(zhuǎn)化。

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機(jī)械能守恒定律1、若物體由靜止下落高度h時，它的瞬時速度為v，那么重力勢能的減小量為mgh，動能的增加量為

1/2mv2

看在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否是相等，如果相等則驗證了機(jī)械能守恒。mgh=mv

212

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機(jī)械能守恒定律2、若以重物下落過程中的某一點A為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測出物體對應(yīng)于A點的速度vA

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

機(jī)械能守恒定律即被驗證。

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機(jī)械能守恒定律

三、實驗器材：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。

四、實驗步驟：1、安裝裝置：按圖所示把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點計時器與電源連接好。

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機(jī)械能守恒定律

2、打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近。先接通電源后釋放紙帶，讓重物拉著紙帶自由下落。重復(fù)幾次，得到3～5條打好點的紙帶。3、選紙帶并測量：選擇一條點跡清晰的紙帶，確定要研究的開始和結(jié)束的位置，測量并計算出兩位置之間的距離Δh及在兩位置時紙帶的速度，代入表達(dá)式進(jìn)行驗證。

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機(jī)械能守恒定律五、數(shù)據(jù)處理1、計算各點對應(yīng)的瞬時速度：如圖乙所示，根據(jù)公式vn＝

，計算出某一點的瞬時速度vn。2、驗證方法

方法一：利用起始點和第n點。選擇開始的兩點間距接近2mm的一條紙帶，打的第一個點為起始點，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)

，則機(jī)械能守恒定律得到驗證。

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機(jī)械能守恒定律

方法二：任取兩點A、B。

如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)

，則機(jī)械能守恒定律得到驗證。

方法三：圖像法

若在實驗誤差允許范圍內(nèi)圖線是一條過原點且斜率為g的直線，則機(jī)械能守恒定律得到驗證。

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機(jī)械能守恒定律問題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)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。

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機(jī)械能守恒定律12x

=

gt2

=

×9.8×0.022m

≈2×10-3m=

2

mm12紙帶上的頭兩個點間的距離應(yīng)接近2mm。問題2: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？

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機(jī)械能守恒定律速度能不能用v=2gh或v=gt計算？

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證機(jī)械能守恒定律，所以不能用。思考:

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機(jī)械能守恒定律4、實驗用的紙帶一般小于1m，從起始點開始大約能打出20個點左右。末位置的點可選擇倒數(shù)第一個點或倒數(shù)第二個點，從這一個點向前數(shù)4～6個點當(dāng)初位置的點，可以減小這兩個點的瞬時速度以及兩點之間距離（高度h）測量的誤差。1、安裝打點計時器時，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、選用紙帶時應(yīng)盡量挑選第一、二點間距接近2mm的點跡清晰且各點呈一條直線的紙帶。六、注意事項：

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機(jī)械能守恒定律1、偶然誤差：測量長度時會帶來誤差2、系統(tǒng)誤差：

實驗中重物和紙帶下落過程中要克服阻力（主要是打點計時器的阻力）做功，故動能的增加量ΔEK必定稍小于勢能的減少量ΔEP。七、誤差分析

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機(jī)械能守恒定律二、實驗原理:物體沿光滑斜面下滑時，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)械能守恒的條件一、實驗?zāi)康模航柚匦泵嫦禄矬w驗證機(jī)械能守恒定律.物體沿光滑斜面下滑參考案例一

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機(jī)械能守恒定律參考案例二

實驗裝置所示。實驗操作中，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，重力勢能減小，動能增大。測量滑塊和擋光片的質(zhì)量，用光電門測量滑塊的瞬時速度。測量滑塊下降的高度Δh和初、末速度v1、v2，就可以驗證機(jī)械能是否守恒

課堂練習(xí)

用如圖甲所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律。重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶通過打點計時器，打出一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量，即可驗證機(jī)械能守恒定律。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。(1)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：A.按照圖示安裝好實驗器材并連接好電源B.先打開夾子釋放紙帶，再接通電源打出一條紙帶C.測量紙帶上點跡間的距離D.根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是________(選填步驟前的字母)。B

課堂練習(xí)(2)如圖乙所示，選取紙帶上的連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測量出點B距起點O的距離s0，點B、C間的距離為s1，點C、D間的距離為s2，若相鄰兩點的打點時間間隔為T，重錘質(zhì)量為m，根據(jù)這些條件計算重錘從O下落到C時的重力勢能減少量ΔEp＝___________，動能增加量ΔEk＝__________；在實際計算中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動能，其原因主要是____________________________________________________________。mg(s0＋s1)空氣阻力和摩擦阻力使得一部分重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

課堂練習(xí)(3)某同學(xué)利用圖中紙帶，先分別測量出從A點到B、C、D、E、F、G點的距離h(其中F、G點為E點后連續(xù)打出的點，圖中未畫出)，再計算打出B、C、D、E、F各點時重錘下落的速度v