物理人教版2019必修第二冊(cè)8.5 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律16

第5節(jié)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律第八章機(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)1、理解驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理。會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，確定需要測(cè)量的物理量，采用正確的方法測(cè)量相關(guān)的物理量。2、能夠控制實(shí)驗(yàn)條件，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，獲取物體下落的高度和速度的大小等數(shù)據(jù)，會(huì)分析動(dòng)能增加量小于重力勢(shì)能減少量的原因，并采取相應(yīng)措施，以減小實(shí)驗(yàn)誤差。3、樹立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。溫故知新1.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(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。這叫作機(jī)械能守恒定律。2.表達(dá)式：3.守恒條件：物體系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功(其他力不做功)，機(jī)械能守恒。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律二、實(shí)驗(yàn)原理如圖所示，質(zhì)量為m的物體從O點(diǎn)自由下落，以地面作為零重力勢(shì)能面，如果忽略空氣阻力，下落過程中任意兩點(diǎn)A和B的機(jī)械能守恒，即二、實(shí)驗(yàn)原理等式說明，物體重力勢(shì)能的減少等于動(dòng)能的增加。為了方便，可以直接從開始下落的O點(diǎn)至任意一點(diǎn)（如圖中的A點(diǎn)）來進(jìn)行研究，這時(shí)應(yīng)有即為本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式，式中h是物體從O點(diǎn)下落至A點(diǎn)的高度，vA是物體在A點(diǎn)的瞬時(shí)速度。三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，低壓交流電源，帶有鐵夾的鐵架臺(tái)，紙帶，復(fù)寫紙，帶夾子的重物，刻度尺，導(dǎo)線兩根。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、安裝置：按右圖將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，接好電路。2、打紙帶：將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)器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方。先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復(fù)做3-5次實(shí)驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)處理方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算代入和，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，

和相等，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。（1）任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出mghAB。（2）算出（3）在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，若,

則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算五、數(shù)據(jù)處理方法三：圖像法從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出圖線。

若圖線是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。六、誤差分析1、本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過程中有各種阻力（如空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力）做負(fù)功，故動(dòng)能的增加量稍小于重力勢(shì)能的減少量，即，這屬于系統(tǒng)誤差。改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減少阻力。2、本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來源于長(zhǎng)度的測(cè)量，屬于偶然誤差。減小誤差的辦法是測(cè)下落距離時(shí)都從O點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完，或者多次測(cè)量取平均值來減小誤差。七、注意事項(xiàng)1、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定固定在鐵架臺(tái)上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，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(duì)較小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。3、實(shí)驗(yàn)中，需保持提紙帶的手不動(dòng)，且保證紙帶豎直，待接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再松開紙帶。七、注意事項(xiàng)4、測(cè)下落高度時(shí)，要從第一個(gè)打點(diǎn)測(cè)起，并且各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度要一次測(cè)量完。5、速度不能用或計(jì)算，因?yàn)橹灰J(rèn)為加速度為g，機(jī)械能一定守恒，即相當(dāng)于用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，況且用計(jì)算出的速度比實(shí)際值大，會(huì)得出機(jī)械能增加的結(jié)論，而因?yàn)槟Σ磷枇Φ挠绊?，機(jī)械能應(yīng)該減小，所以速度應(yīng)從紙帶上直接測(cè)量計(jì)算。同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測(cè)量，而不能用或計(jì)算得到。鞏固訓(xùn)練例、“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置可以采用圖示的甲或乙方案來進(jìn)行。鞏固訓(xùn)練(1)比較這兩種方案，________(選填“甲”或“乙”)方案好些．(2)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，直接測(cè)量的物理量是________.A．重力加速度B．重物下落的高度C．重物下落的瞬時(shí)速度D．重物下落的平均速度(3)在進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)________.A．先釋放紙帶，再接通電