实验：验证机械能守恒 【知识精讲+备课精研+高效课堂】 高一物理精讲精练课件（人教版2019必修第二册）

第八章机械能守恒定律8.5

实验：验证机械能守恒定律Verifythelawofconservationofmechanicalenergy实验目的：验证机械能守恒定律

机械能守恒定律告诉我们，在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化时总的机械能保持不变。

那么，我们可以通过什么样的实验来验证这一定律呢？一、实验思路方案一：自由落体方案二：光滑斜面方案三：系统守恒方案四：创新设计一、实验思路【实验原理】物体自由下落时，如果不计空气阻力，物体的机械能守恒，即重力势能的减少量等于动能的增加量。思路：若以重物下落的起始点O为基准，设重物的质量为m，测出物体自起始点O下落距离h时的速度v，则在误差允许范围内，若有

即验证了机械能守恒定律。hvO二、实验思路1：自由落体法打点计时器、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【实验器材】二、实验思路1：自由落体法【实验步骤】1.把打点计时器安装在铁架台上，并接好学生电源。2.把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近。3.先接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点。4.重复上一步的过程，打三到五条纸带。二、实验思路1：自由落体法方案一：自由落体法5.选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2mm的纸带，在起始点标上0，隔一段以后再依次选取A、B、C三个点，用刻度尺测量对应下落的高h1、h2、h3、……记入表格中。

各计数点OABC

下落高度hh2h1OABC二、实验思路1：自由落体法6.用公式vn=（h3-h1）/2t，计算出B点的瞬时速度vB并记录在表中。7.计算B点的重力势能的减少量mgh和动能的增加量1/2mvB2，并进行比较．看是否相等。

各计数点OABC

下落高度hh2h1OABC二、实验思路1：自由落体法问题1：本实验要不要测量物体的质量？mgh=mv

212gh=v

212方程两边都有质量m，可约去，可不测量物体的质量。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。二、实验思路1：自由落体法h

=

gt2=×9.8×0.022m≈2

mm1212h问题2：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？用验证，这是以纸带上第一点（起始点）为基准验证机械能守恒定律的方法。纸带上的第一个点为计时起点0，该点的速度应该为零。二、实验思路1：自由落体法问题3：可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用起始点吗）?ΔhAB用验证，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＝EKB二、实验思路1：自由落体法问题4：能否用v=gt或

求瞬时速度？1.利用v=gt求瞬时速度，因重物下落过程中受阻力影响，重物实际加速度比g小，如果用v=gt来求瞬时速度，会导致计算出的速度比实际值大，从而导致△Ek大于△EP，与事实不符；2.利用

求瞬时速度，相当于默认机械能守恒来验证机械能守恒；二、实验思路1：自由落体法0hv

212gh=v

212该图象的斜率表示什么？为什么图象过原点？图象法处理数据结论：若在误差允许的范围内，图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。二、实验思路1：自由落体法思考：为什么重物的重力势能减少量略大于动能的增加量？如何减小它们之间的误差？1.重物下落过程中克服阻力做功。系统误差阻力来源：（1）重物下落过程中受空气阻力；（2）纸带与打点计时器之间存在摩擦阻力。二、实验思路1：自由落体法2.减小误差的措施：（1）减小重物下落时受到的空气阻力（选择体积小、密度大的重物）；（2）用电火花计时器代替电磁打点计时器；（3）安装打点计时器时保证两个限位孔竖直；（4）释放纸带时，保证纸带竖直。二、实验思路1：自由落体法思考：实验中是否存在其他误差？若存在如何减小误差？测量纸带长度时存在误差减小误差的措施：（1）多次测量取平均值；（2）依次测量后面的点与第一点之间的距离。偶然误差hh2h1OABC二、实验思路1：自由落体法1.实验中安装打点计时器时，限位孔必须在同一竖直直线上，以减少摩擦阻力。2.实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常以后，才能松开纸带，让重物落下。3.纸带上端要用手提着静止，这样保证下落时的速度v为0。4.测量下落高度时，都必须从起点算起，为了减小测量h值的误差，选取的各计数点要离起始点远些。【注意事项】二、实验思路1：自由落体法1.利用装置做“验证机械能守恒定律”实验。（1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是______________。A.交流电源B.刻度尺C.天平（含砝码）（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。解：三、练习与应用1.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化了多少？动能变化了多少？（3）很多实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，你认为原因是什么？解：三、练习与应用2.图为一种利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实验装置。主要实验步骤如下：A.将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平。B.测出挡光条的宽度d。C.将滑块移至图示位置，测出挡光条到光电门的距离l。D.释放滑块，读出挡光条通过光电门的挡光时间t。E.