必修二第七章79实验：验证机械能守恒定律

第七章机械能及其守恒定律7.9

实验：验证机械能守恒定律岳阳市第四中学：徐勇1、物体机械能守恒的条件是怎样的？复习只有重力或弹力(弹簧类)做功2、机械能守恒三种表达式观点表达式守恒观点E1＝E2，Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2转化观点ΔEk＝-ΔEP转移观点ΔEA＝-ΔEB实验：验证机械能守恒1、本实验采用什么方法验证机械能是否守恒的？用自由落体运动验证机械能守恒2、实验原理21?2mv=mgh

3、实验要测量哪些物理量？h、v4、要哪些仪器？重物(带纸带夹子)

刻度尺

电磁打点计时器复写纸

交流电源4～6v纸带

导线铁架台(带夹子)在自由落体运动中，若物体下落高度h时的速度为v,则hvmgh

=mv

212实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。夹子打点计时器纸带重物？铁架台4、选择合适的纸带，处理数据。3、更换纸带，重复几次。1、将打点计时器固定在铁架台上，把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔。实验步骤2、用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近。然后先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。1、如何选择重物？2、安装打点计时器时，有什么要求？3、接通电源和释放纸带的先后顺序是怎样？4、释放纸带前应注意哪些问题？实验难点及注意事项质量大，体积小（密度大）两限位孔竖直先接通电源后释放纸带重物靠近打点计时器纸带平整竖直不摆动问题1本实验要不要测量物体的质量？mgh

=mv

212gh

=v

212无需测量物体的质量如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。问题2纸带上的第一个点为计时起点0（起始点的速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落）。gh

=v

21212x

=

gt2

=

×9.8×0.022m

≈2×10-3m=

2

mm12h起始点对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。思考可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB。若以点B为0势能点，则有：EKA＋mgΔh＝EKBΔhAB问题3如何测量物体的瞬时速度?x

=

vA(2t)

+

a(2t)212—vAC==

vA

+

atx2t—vB=

vA

+

atvB=vACv0tvAt2tvBvC做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。思考速度能不能用v=

2gh或v=

gt计算？这种方法认为加速度为g，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于g，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用。这种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。注意事项4、实验用的纸带一般小于1m

，从起始点开始大约能打出20个点左右。末位置的点可选择倒数第一个点或倒数第二个点，从这一个点向前数4～6

个点当初位置的点，可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离（高度h）测量的误差。1、安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2、应选用质量和密度较大的重物，增大重力可可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。3、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带。误差分析1、偶然误差：测量长度时会带来误差2、系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，故动能的增加量ΔEK必定稍小于势能的减少量ΔEP。数据记录测量点n123456高度hn

/m速度vn

/m/s势能EP

/J动能EK/J可不可以用图象处理数据?0hv

212图象法处理数据gh

=v

212该图象的斜率表示什么？为什么图象通过原点？例1

在用自由落体运动验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示，其中O点是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的三个点，该同学用毫米刻度尺测量O点到A、B、C各点的距离，并记录在图中(单位cm)．已知打点计时器电源频率为50Hz，重物质量为1Kg，当地重力加速度g＝9.80m/s2.(1)这三组数据中不符合有效数字读数要求的是_________．15.7(2)该同学用重物在OB段的运动来验证机械能守恒定律，该段重物重力势能的减小量为________J，打B点时重物的动能为__________

J。(均保留三位有效数字)(3)假设重物下落过程受到的阻力恒定，在此实验中还可以做到（）A．测出当地重力加速度的精确值B．计算重物下落的加速度C．计算重物下落过程中受到的阻力D．计算重物在OB段运动中克服阻力做的功1.221.20BCD例2（全国卷1）如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1＞m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律。

（1）若选定物块A从静止开始下落的过程中进行测量，则需要测量的物理量有_________。

①物块的质量m1、m2；

②物块A下落的距离及

下落这段距离所用的时间；

③物块B上升的距离及

上升这段距离所用的时间；

④绳子的长度。①②或①③

（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：

①绳的质量要轻；

②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；

③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；

④两个物块的质量之差要尽可能小。

以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_________。

（3）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：

________________________________________________

______________________________。①③

对同一高度进行多次测量取平均值选取受力后相对伸长尽量小的绳子减少滑轮轴的摩擦练习1：在验证机械能守恒定律的实验中①自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少

对实验的影响.②实验中

测定重锤的质量(填“要”或“不要”).③实验小组C在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是

重锤动能的增加,其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在

。空气阻力和打点计时器对纸带的阻力不要大于阻力作用练习2：在用“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，质量m=1.00kg的重物拖着纸带竖直下落，打点计时器在纸带上打下一系列的点，如图，相邻计数点时间间隔为0.04s，P为纸带运动的起点，从打P到打下B过程中物体重力势能的ΔEP=

J，在此过程中物体动能的增加量ΔEK=

J（已知当地的重力加速度g=9.8m/s2，答案保留三位有效数字）。用v表示各计数点的速度，h表示各计数点到P点的距离，以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的v2/2-h图线，若斜率等于某个物理量的数值时，说明重物下落过程中机械能守恒，该物理量是

。

PABC15.523.25单位cm32.502.282.26当地重力加速度ABCD0.98cm1.42cm1.78cm.练习3：在做“验证机械能守恒定律”的实验时，实验小组A不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了,剩下的一部分纸带上各点间的距离如图所示的数值，已知打点计时器的周期为T=0.02s,重力加速度g=9.8m/s2;重锤的质量为m,已知S1=0.98cm,S2=1.42cm,S3=1.78cm,则记录B点时重锤的动能EKB=

J(写计算式用字母表示),记录C