第六節(jié)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律第四章

機(jī)械能及其守恒定律010203通過研究物體在自由下落過程中動(dòng)能與勢能的變化，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。教學(xué)目標(biāo)能正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論。理解實(shí)驗(yàn)中測物體在紙帶上某點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的瞬時(shí)速度的方法。新課引入首先我們來回顧一下定律的內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。我們注意到機(jī)械能守恒的系統(tǒng)有一個(gè)前提條件，是該系統(tǒng)只有重力或者彈力做功。因此我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，就必須要滿足這個(gè)條件，來選擇符合機(jī)械能守恒定律的運(yùn)動(dòng)模型。思考：我們熟知的運(yùn)動(dòng)中，哪些運(yùn)動(dòng)滿足僅有重力做功？自由落體運(yùn)動(dòng)物體沿光滑斜面下滑小球的擺動(dòng)自由落體運(yùn)動(dòng)過程中物體只受重力，只有重力做功，重力勢能轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能，滿足機(jī)械能守恒定律；物體在光滑斜面下滑也只有重力做功，機(jī)械能守恒，但是需要?dú)鈮|導(dǎo)軌提供摩擦阻力較小的斜面。對(duì)于其他更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)模型，實(shí)驗(yàn)起來也更加繁瑣，因此我們選用自由落體運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。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)康钠鹗键c(diǎn):O末點(diǎn)：下落過程任意點(diǎn)需要測量的物理量：下落的高度、瞬時(shí)速度驗(yàn)證：

OAB起點(diǎn)hhAhB二、實(shí)驗(yàn)原理是否需要測量重物的質(zhì)量？驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律則不需要；若要計(jì)算重物的重力勢能、動(dòng)能及其改變量則需要。

思考與討論三、實(shí)驗(yàn)器材四、實(shí)驗(yàn)步驟

五、數(shù)據(jù)處理OAB起點(diǎn)hhAhB五、數(shù)據(jù)處理計(jì)數(shù)點(diǎn)ABCDEFGhn(×10-2m)11.6114.8818.3422.3026.5031.2836.20vn(m/s)1.6831.8552.0402.2452.425ghn(m2/s2)將計(jì)算的瞬時(shí)速度數(shù)據(jù)記錄在表格中計(jì)數(shù)點(diǎn)ABCDEFGhn(×10-2m)11.6114.8818.3422.3026.5031.2836.20vn(m/s)1.6831.8552.0402.2452.4251.4151.7212.0812.5202.940ghn(m2/s2)1.4581.7982.1862.5973.066

分別計(jì)算出vn2/2、ghn填入表格，北京：g=9.8015m/s2在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，自由落體運(yùn)動(dòng)中的物體，只有重力做功，其重力勢能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能保持不變。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

方法一：利用起始點(diǎn)和任意一點(diǎn)驗(yàn)證局限性12x=

gt2

=×9.8×0.022m≈2×10-3m=

2

mm12對(duì)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?？梢曰乇芷鹗键c(diǎn)嗎（即處理紙帶時(shí)可以不用到起始點(diǎn)嗎）?思考與討論Δx【例題】利用如圖所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。(1)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(含鐵夾)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的器材是()A.交流電源B.刻度尺C.天平(含砝碼)典例分析AB

【例題】利用如圖所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。

(2)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，圖中數(shù)據(jù)均為已知。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m，從O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重力勢能變化了多少？動(dòng)能變化了多少？典例分析O到B重力勢能減少了mghB動(dòng)能增加了二、實(shí)驗(yàn)器材與步驟一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理三、數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)論本課小結(jié)1.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于自由下落的重物，下列選擇條件中可取的是（）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ABD跟蹤練習(xí)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C3.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