8.5 實驗：驗證機械能守恒定律 【知識精研】高一下學期物理人教版（2019）必修第二冊

一、功（適用恒力）功率（平均功率）（瞬時功率）機車啟動兩問題①恒定功率啟動②恒定加速度啟動vtOvmvtOvm二、重力勢能Ep

=mgh彈性勢能W=EP1－EP2=－ΔEp重力（或彈力）做正功，勢能減小重力（或彈力）做負功，勢能增加四、機械能守恒定律動能定理合外力做功等于動能的變化量①合外力做正功，動能增大；②合外力做負功，動能減小Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或

E初＝E末Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或

ΔEp減＝ΔEk增EA2－EA1＝EB1－EB2或

ΔEA增＝ΔEB減三、動能人教版高中物理必修第二冊

第八章

機械能守恒定律授課教師：xxx8.5實驗：驗證機械能守恒定律P9501實驗思路物理量的測量02實驗方案設計03問題1：機械能守恒定律的條件是什么？只有重力或彈力做功問題2：回顧以前學過的運動，哪種運動形式可以用來驗證機械能守恒定律？自由落體運動只受重力，符合機械能守恒條件物體沿光滑斜面下滑時支持力不做功，符合機械能守恒條件用細線懸掛的小球擺動時，拉力不做功，忽略空氣阻力，只有重力做功，符合驗證條件問題3：需要測量的物理量有哪些？用什么方法測量？一、實驗思路問題4：實驗過程中可能有哪些因素會引起誤差若想驗證機械能守恒，需要測量那些物理量？（1）要驗證的表達式：

或____________。（2）所需測量的物理量：物體所處兩位置之間的

、物體的

。高度差運動速度注意：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量；如果只是驗證機械能守恒定律可以不測物體的質量。二、物理量的測量只有重力做功時，只發(fā)生重力勢能和動能的相互轉化。測量速度的方法有哪些？思路：極限法。方法：（1）紙帶法：（2）光電門法：（3）平拋法：二、物理量的測量（1）實驗器材打點計時器、紙帶、重物、刻度尺、鐵架臺（帶鐵夾）、學生電源等夾子紙帶重物？1.實驗器材及設計01.【方案一】研究自由下落物體的機械能實驗方案設計（2）實驗裝置打點計時器2.實驗步驟(1)安裝置：按圖所示將檢查、調整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。(2)打紙帶：①將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方；②先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落；③關閉電源，取下紙帶。更換紙帶重復做3～5次實驗。(3)選紙帶：選取點跡清晰且第1、2兩點間距接近2mm的紙帶。(4)測長度：用毫米刻度尺測出所選定的各計時點到基準點的距離。01.【方案一】研究自由下落物體的機械能實驗方案設計3.數(shù)據(jù)分析01.【方案一】研究自由下落物體的機械能實驗方案設計01.【方案一】研究自由下落物體的機械能實驗方案設計3.數(shù)據(jù)分析研究自由下落物體的機械能，需要驗證的關系？？？？01.【方案一】研究自由下落物體的機械能實驗方案設計4.注意事項01.【方案一】研究自由下落物體的機械能實驗方案設計（1）打點計時器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺上，打點計時器平面與紙帶限位孔調整到豎直方向，以減小摩擦阻力。（2）重物要選用密度大、體積小的物體，這樣可以減小空氣阻力的影響，從而減小實驗誤差。（3）實驗中，需保持提紙帶的手不動，且保證紙帶豎直，待接通電源，打點計時器工作穩(wěn)定后，再松開紙帶。（4）測量下落高度時，為了減小測量值h的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點遠一些，紙帶也不宜過長，有效長度可在60～80cm之間。4.注意事項01.【方案一】研究自由下落物體的機械能實驗方案設計（5）不需測出物體質量，只需驗證

或

即可。（6）速度不能用vn＝gtn或

計算，因為只要認為加速度為g，機械能當然守恒，即相當于用機械能守恒定律驗證機械能守恒定律，所以速度應從紙帶上直接測量計算。同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測量，而不能用

或

計算得到。01.【方案一】研究自由下落物體的機械能實驗方案設計5.實驗誤差分析①系統(tǒng)誤差：本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量ΔEk稍小于重力勢能的減少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp。改進的辦法是調整器材的安裝，盡可能地減小阻力。②偶然誤差：本實驗在長度測量時產生的誤差。減小誤差的辦法是測下落距離時都從0點量起，一次將各打點對應的下落高度測量完，或者多次測量取平均值來減小誤差。實驗器材：氣墊導軌及其附件、電源、電腦通用計數(shù)器、電子天平電子稱測物體的質量02.【方案二】研究沿斜面下滑物體的機械能實驗方案設計物體沿傾斜導軌下滑，下落過程中經過兩光電門，兩光電門的高度，用刻度尺測量，則減少的重力勢能為mgh；用光電門處測量滑塊的瞬時速度，質量用天平測出。02.【方案二】研究沿斜面下滑物體的機械能實驗方案設計02.【方案二】研究沿斜面下滑物體的機械能實驗方案設計請嘗試說出以下裝置如何驗證機械能守恒？3.其他方案設計實驗方案設計01.課堂小結實驗：驗證機械能守恒定律實驗思路物理量的測量質量下落高度速度實驗方案設計研究自由下落物體的機械能研究沿斜面下滑物體的機械能課堂小結(1)下列操作或分析中正確的有（）A．必須要稱出重物的質量B．計時器兩限位孔必須在同一豎直線上C．實驗時，應先釋放重錘，再打開電源D．用秒表測重物下落的時間(2)打下計數(shù)點B時物體的速度大小為

m/s；(3)重物從P到B減小的重力勢能為

J，增加的動能為

J。（計算結果保留3位小數(shù)）1．某同學用如圖甲所示的實驗裝置做《驗證機械能守恒定律》的實驗。實驗時讓質量為m=0.5kg的重物從高處由靜止開始下落，重物上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點，如圖乙為實驗時打出的一條紙帶，選取紙帶上連續(xù)打出三個點A、B、C，測出各點距起點P的距離，重力加速度取g=9.8m/s2，請完成下列問題：B0.980.2450.240練習B.A.C.D.(4)根據(jù)紙帶計算出相關各點的速度

，用刻度尺量出下落的距離h，以為縱軸，以h為橫軸做出的圖像應該是下圖中的（）由機械能守恒C練習練習2．圖為某實驗小組利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律的裝置，實驗的主要步驟有：A.將氣墊導軌放在水平桌面上并調至水平；B.測出擋光條的寬度d；(1)本實驗中

（填“需要”或“不需要”）滿足m遠小于M。C.分別測出滑塊與擋光條的總質量M及托盤與砝碼的總質量m；D.將滑塊移至圖示位置，測出擋光條到光電門的距離L；E.由靜止釋放滑塊，讀出擋光條通過光電門的時間t；F.改變擋光條到光電門的距離，重復步驟D、E，測出多組L和t。已知重力加速度為g，請回答下列問題：不需要實驗中需驗證砝碼及托盤減少的重力勢能與系統(tǒng)增加的動能是否相等，并不需要測量拉力，故不需要滿足m遠小于M。(3)多次改變擋光條到光電門的距離，重復步驟D、E，測出多組L和t，作出L隨,的變化圖像如圖所示，圖線為過坐標原點的直線，如果在誤差允許的范圍內當?shù)氐闹亓铀俣却笮間=

時，可以判斷槽碼帶動滑塊運動過程中機械能守恒。（用題中已知量和測得的物理量符號表示）(2)若某次測得擋光條到光電門的距離為L，擋光條通過光電門的時間為t，滑塊由靜止釋放至光電門的過程，系統(tǒng)的重力勢能減少了

；若系統(tǒng)機械能守恒，應滿足

。（用實驗步驟中各測量量符號表示）mgL練習3．如圖所示，打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置驗證機械能守恒定律：(1)對于該實驗，下列操作必要且又正確的有______。A.重物應選用質量大和體積小的金屬錘B.兩限位孔必須在同一豎直線上C.精確測量出重物的質量D.用夾子夾好紙帶穩(wěn)定后，接通直流電源，然后松開夾子釋放重物E.除圖示所示器材外，為了完成實驗，還必須增加刻度尺(2)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖所示的一條紙帶，在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC。已知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T，設重物的質量為m。從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能減小量ΔEp=

，動能變化量ΔEk=

。練習ABEmghB(3)某同學想用下述方法研究機械能是否守恒：在紙帶上選取多個計數(shù)點，測量它們到起始點O的距離h，計算對應計數(shù)點的重物速度v，描繪v2-h圖像如圖所示，并做如下