第五節(jié)驗證機械能守恒定律

驗證機械能守恒定律

1．機械能守恒定律是可以通過理論推導(dǎo)出來的定律，用實驗不僅可檢驗機械能守恒定律，而且還可檢驗物理理論．

2．學(xué)會設(shè)計實驗，通過正確理解機械能守恒定律的內(nèi)容和____________，設(shè)計驗證實驗．成立條件3．學(xué)會數(shù)據(jù)處理，從實驗結(jié)果中分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論．要點1創(chuàng)新實驗方案設(shè)計

1．用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律

(1)在該實驗中選取氣墊導(dǎo)軌、光電門、數(shù)字計時器等器材，如圖4－5－1所示安裝實驗裝置，圖中m為滑塊質(zhì)量，l為擋光板長度，G1、G2

為光電門．

圖4－5－1

(2)將滑塊從軌道上端某一處滑下，測出它通過光電門G1和G2

時的速度v1

和v2，可得到G1

到G2

這段位移中滑塊的動

(3)再算出G1

到G2

這段位移中滑塊重力勢能的減少量ΔEp，比較ΔEk

和ΔEp，得到ΔEk＝ΔEp

的結(jié)論，從而證明機械能守恒．

2．用自由落體和打點計時器驗證機械能守恒定律圖4－5－2

(1)安裝：如圖4－5－2所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，用導(dǎo)線將打點計時器與低壓交流電源相連接．

(2)接電源，打紙帶：把紙帶的一端在重物上用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近，接通電源，待打點穩(wěn)定后松開紙帶，讓重物自由下落．重復(fù)幾次，打下3～5條紙帶．

(3)選紙帶：選取點跡較為清晰的紙帶；挑選紙帶上第一個點及距離第一個點較遠的點，并依次標(biāo)上0、1、2、3、… (4)數(shù)據(jù)測量：測出0到點1、點2、點3、…的距離，即為對應(yīng)的下落高度h1、h2、h3、…

(5)數(shù)據(jù)處理：利用打點計時器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h，計算出瞬時速度v，便可驗證物體重力勢能的減少3．利用平拋運動驗證機械能守恒定律

(1)運用如圖4－5－3所示的裝置，讓小球從光滑斜軌道的某一高度處由靜止開始滾下．小球離開軌道時做平拋運動．圖4－5－3

(2)測出圖中平臺高度H、小球在光滑斜軌道上由靜止開始滾下時離平臺的高度h以及小球做平拋運動時的水平位移s.

【例1】為進行“驗證機械能守恒定律”的實驗，有下列器材可供選擇：鐵架臺、打點計時器、復(fù)寫紙、紙帶、低壓直流電源、天平、秒表、導(dǎo)線、開關(guān)，其中不必要的器材是___________________，缺少的器材是_____________________.

解析：打點計時器工作是需要用交流電源的，故低壓直流電源應(yīng)該換成低壓交流電源；在該實驗中，物體的質(zhì)量可以不用測量，用不到天平；打點計時器已經(jīng)起到計時的作用了，秒表多余，而且打點計時器比秒表計時更精確．低壓交流電源、重錘、

答案：低壓直流電源、天平、秒表刻度尺

1．如圖4－5－4所示，光滑水平軌道與光滑圓弧軌道相切，輕彈簧的一端固定在軌道的左端，OP是可繞O點轉(zhuǎn)動的輕桿，且擺到某處就能停在該處；另有一小鋼球(可看做質(zhì)點)．現(xiàn)在利用這些器材測定彈簧被壓縮時的彈性勢能．圖4－5－4重力質(zhì)量(1)還需要的器材是______、_______．天平刻度尺

(2)以上測量實際上是把對彈性勢能的測量轉(zhuǎn)化為對___________的測量，進而轉(zhuǎn)化對______和______的直接測量．高度勢能要點2實驗注意事項及數(shù)據(jù)分析

1．落體法驗證機械能守恒定律的注意事項

(1)安裝打點計時器時，必須使穿紙帶的兩限位孔在同一豎直線上，以減少紙帶和限位孔的摩擦．

(2)紙帶應(yīng)保持豎直，平直不卷曲，避免人為增大摩擦阻力．

(3)紙帶選?。狐c跡清晰、點成一線及第1、2點間間距接近2mm這樣的紙帶最合適．

(4)測量下落高度時，必須從起點開始算．

測量，物體的質(zhì)量選取要盡量大些，以減小因摩擦造成的相對誤差．(6)數(shù)據(jù)計算時，應(yīng)注意重力加速度g取當(dāng)?shù)氐闹担?，而我們的實驗?zāi)康氖球炞C機械能守恒定律，顯然，運用該式求解速度不妥．

(8)不能用公式v＝gt求物體下落速度．該式認為物體下落的運動加速度為g，而實際上在實驗中不可避免地受到各種摩擦力的作用，如計時器的限位孔與紙帶的阻力等．因此下落的加速度必將小于g，而下落高度是直接測量值．這樣得到的是機械能增加的結(jié)論，而有阻力作用時機械能應(yīng)為減小的，故這種方法不能使用．2．紙帶打點數(shù)據(jù)的分析(1)vn＝hn＋1－h(huán)n－1

2T，即物體在做勻變速直線運動時，某一中間時刻的瞬時速度等于過程中的平均速度，這種方法能準(zhǔn)確地反映實驗的實際，直接從紙帶中求出實際速度，因此在數(shù)據(jù)處理中，我們可以使用該種方法．

(2)數(shù)據(jù)處理除了數(shù)學(xué)分析以外，還可以用作圖法來進行處理．

【例2】在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2，測得所用重物的質(zhì)量為1.00kg，實驗中得到的一條點跡清晰的紙帶如圖4－5－5所示，把第一個點記為O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量點，待測量后得到A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于________J，動能的增加量等于________J．(取三位有效數(shù)字)圖4－5－5

思路點撥：重力勢能的減少量等于mgh,O為第一個點，動能為零，動能的增加量等于C點的動能，所以從紙帶數(shù)據(jù)求C點的速度后可得動能的增加量．由O點到C點，重力勢能的減少量為ΔEp＝mghc＝1.00×9.8×77.76×10－2J＝7.62J

解析：交流電源頻率f＝50Hz，則答案：7.627.57

2．在用落體法驗證機械能守恒定律的實驗中：

(1)所用重錘的質(zhì)量m＝1.0kg，打點計時器所用電源頻率為50Hz，打下的紙帶如圖4－5－6所示(圖中的數(shù)據(jù)為從起始點O到該點的距離)，則在打B點時，重錘的速度vB＝______m/s，重錘的動能EkB＝_____J，從開始下落到打B點時，重錘的勢能減少量是_____J.(取兩位有效數(shù)字)0.790.310.32圖4－5－6(2)根據(jù)紙帶算出各點的速度v，量出下落距離h，則以v2為縱軸，以h為橫軸，畫出的圖線應(yīng)是下圖所示中的()答案：C贈送精美圖標(biāo)1、字體安裝與設(shè)置如果您對PPT模板中的字體風(fēng)格不滿意，可進行批量替換，一次性更改各頁面字體。在“開始”選項卡中，點擊“替換”按鈕右側(cè)箭頭，選擇“替換字體”。（如下圖）在圖“替換”下拉列表中選擇要更改字體。（如下圖）在“替換為”下拉列表中選擇替換字體。點擊“替換”按鈕，完成。202