资源简介

第八章 机械能守恒定律
第5节 实验：验证机械能守恒定律
一、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?
自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件。
物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直(图8.5-1)，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。
用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向垂直，对物体不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。
二、物理量的测量
研究对象确实后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。根据重力势能和动能的定义，很自然想到需要测量哪些物理量？
物体的质量
物体所处位置的高度
物体运动的速度
m
v
h
减少
增加
如从静止下落
参考案例1
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
实验器材
探究一、本实验不需要测量物体的质量
mgh =
mv 2
1
2
gh =
v 2
1
2
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。
三、数据分析
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）。
h
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
探究二、h确定的方法
gh =
v 2
1
2
mgh =
mv 2
1
2
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为零 势能点，则有 EKA＋mgΔh＝EKB
Δh
A
B
探究二、h确定的方法
探究三、测量物体瞬时速度的方法
x = vA(2t) + a(2t)2
1
2
—
vAC = = vA + at
x
2 t
—
vB = vA + at
vB = vAC
v
0
t
vA
t 2t
vB
vC
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。
又因
所以
实验中的几个注意点
规律方法
例题1.
在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中：若打点计时器所接交流电的频率为50赫兹，实验得到甲、乙两条纸带，如图所示，应选______纸带较好。若已测得点2到4间距离为，点0到3间距离为，打点周期为T，验证重物开始下落到打点计时器打下点3这段时间内机械能守恒，、和T应满足的关系为______。
甲
或

参考案例2
利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置示意图如图所示.(1)实验步骤：
①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平.
②用游标卡尺测出挡光条的宽度l＝9.30 mm.
③由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s＝________ cm.
④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.
⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2.
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.
(2)用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式.
①滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________.
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________.
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量ΔEp＝________(重力加速度为g).
(3)如果ΔEp＝________，则可认为验证了机械能守恒定律.
(1)③60.00(答案在59.96～60.04之间的，也正确)
随堂演练1
某学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两个位置安装光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，光线被遮光条遮挡时，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据输入计算机。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，计算机上形成如图乙所示的电压U随时间t变化的图像。
(1)实验前，接通气源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的 ___________（选填“大于”“等于”或“小于”）时，说明气垫导轨已调水平。
(2)用螺旋测微器测量遮光条的宽度d，测量结果如图丙所示，则___________mm。
(3)细线绕过气垫导轨左端的定滑轮，一端与滑块P相连，另一端与质量为m的钩码Q相连。将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图像如图乙所示，、、m、g和d已知，已测出滑块的质量为M，两光电门间的距离为L。若上述物理量间满足关系式mgL=___________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。
等于 8.475（8.472~8.478之间均可）
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.用天平称出托盘和砝码的总质量m；
随堂演练2
F.……。
回答下列问题：
(1)在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中，系统的重力势能减少了多少？
(2)为验证机械能守恒定律，还需要测量哪个物理量？
(3)若要符合机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足怎样的关系？
(1)；(2)滑块和挡光条的总质量M；
（3）
谢 谢

展开更多......

收起↑