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必修二第八章
8.5实验：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。下面我们通过实验来研究物体运动过程中动能与重力势能的变化，从而验证机械能守恒定律。
初状态 = 末状态 势能 动能 势能 动能
mgh1
mgh2
重点回顾
平抛运动
2.抛体运动也可以用来研究机械能守恒定律。
实验思路
机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。想一想，满足这一条件的过程有哪些？
1.自由落体运动中动能与势能变化
自由落体
3.物体沿光滑斜面下滑
G
FN
支持力与物体位移方向垂直,对物体不做功，只有重力做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。
(上升)
v
v
4.细线悬挂的小球摆动
G
T
细线的拉力与小球的运动方向垂直，对物体不做功，只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。
v
实验思路
重力势能的定义式：Ep=mgh
动能的定义式：
①物体的质量m：
②物体所处位置的高度h：
天平
直尺
③物体的瞬时速度v：
打点计时器和纸带
物理量的测量
m h v
1
2
3
4
5
6
末状态 = 初状态 势能 动能 势能 动能
mgh1
mgh2
根据选定的实验方案设计相应的表格记录实验数据
验证机械守恒
动能变化与重力势能的变化：
数据分析
实验：研究自由下落物体的机械能
（二）实验器材
（一）实验原理
在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能减少，动能增加，如果重力势能的减少量——————动能的增加量，就验证了机械能守恒定律.
等于
铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(4～6 V).
实验：研究自由下落物体的机械能
（三）实验步骤
1.安装置：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。
2.打纸带：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。
3.更换纸带，重复几次。
实验：研究自由下落物体的机械能
3.纸带的处理
方法1：利用起点和距起点较远的点从打好点的纸带中挑选点迹清晰纸带上的第一个点为计时起点0，且开始的两点间距接近2mm的一条纸带，在起始点标上0，以后任取间隔相同时间的点依次标上1、2、3…….用刻度尺测出0到1、2、3……的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3…….
Δh
纸带上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就能得到重物下落过程中势能的变化。
1 2 3 4 5 6 7
纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点的平均速度。
比较重物在某两点间的动能变化与势能变化，就能验证机械能是否守恒。
这样也就知道了它在各点的瞬时速度，从而得到它在各点的动能。
↓ EP=↑ Ek
实验：研究自由下落物体的机械能
要注意的问题
2.重物下落过程中，除了重力外会受到哪些阻力？怎样减少这些阻力对实验的影响？
①纸带与限位孔之间的摩擦阻力。
②打点记时器的限位孔和纸带必须在同一竖直线上，并且打点计时器上方的纸带不能耷拉着的，要用手把它拉直。需选取密度较大的物体做重锤，以减小空气阻力的影响。
1.先打开打点计时器，然后释放纸带
实验：研究自由下落物体的机械能
3.重物下落时，最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置？
先开打点计时器后放纸带造成的
起始点的确定：
找到相距大约2mm的一对点，前面的那个点就是起点。
一次测量读数的方法：
h1
h2
h=h1-h2
A B C
实验：研究自由下落物体的机械能
4.实验时，也可以不测量重物的质量。想一想，这是为什么？
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。
所以，无需测量物体的质量。
实验：研究自由下落物体的机械能
典型例题
例1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、重锤（带夹子）、天平、毫米刻度尺、50 Hz交流电源。回答下列问题：
（1）用打点计时器打出一条纸带，前后要连续进行一系列的操作，下列各步骤的先后顺序合理的是 。
A．释放纸带 B．接通电源
C．取下纸带 D．切断电源
（2）如图所示，释放纸带前的瞬间，重锤和手
的位置合理的是 （填“甲”“乙”“丙”
或“丁”）。
BADC
丙
典型例题
例1. （3）某同学用正确的方法获得了一条纸带，并以起点为计数点O，后隔一段距离，取连续点为计数点A、B、C、D、E、F，如图所示。已知重锤的质量为0.5 kg，则电磁打点计时器打下E点时，重锤减少的重力势能ΔEp= J，重锤增加的动能ΔEk= J（取重力加速度g=9.8 m/s2，计算结果保留2位有效数字），重锤增加的动能ΔEk与减少的重力势能ΔEp的大小关系为ΔEk ΔEp（选填“大于”“小于”或“等于”）。
0.35
小于
典型例题
例1. （4）若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及重物下落的高度x，则以v2为纵轴、x为横轴画出的图像是下图中的 。
C
G
FN
v
h
B
A
h=h1-h2
高度差测量用直尺。
速度的测量用光电门：
实验：研究沿斜面下滑物体的机械能
一、实验思路
二、物理量的测量
①重物的质量用天平测出
②用直尺量纸带上某两点的距离。
③纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点的平均速度。
满足机械能守恒的条件：只有重力或弹力做功，或重力势能 动能
EP= Ek
三、数据分析
重力势能的减少=动能的增量：
课堂小结
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