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第六节 实验： 验证机械能守恒定律
第四章　机械能及其守恒定律
01
02
03
通过研究物体在自由下落过程中动能与势能的变化，验证机械能守恒定律。
教学目标
能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论。
理解实验中测物体在纸带上某点对应时刻的瞬时速度的方法。
新课引入
首先我们来回顾一下定律的内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。我们注意到机械能守恒的系统有一个前提条件，是该系统只有重力或者弹力做功。因此我们设计实验来验证机械能守恒定律时，就必须要满足这个条件，来选择符合机械能守恒定律的运动模型。
思考：我们熟知的运动中，哪些运动满足仅有重力做功？
自由落体运动
物体沿光滑斜面下滑
小球的摆动
自由落体运动过程中物体只受重力，只有重力做功，重力势能转化为物体的动能，满足机械能守恒定律；物体在光滑斜面下滑也只有重力做功，机械能守恒，但是需要气垫导轨提供摩擦阻力较小的斜面。对于其他更复杂的运动模型，实验起来也更加繁琐，因此我们选用自由落体运动来验证机械能守恒定律。
借助自由落体运动来验证机械能守恒定律
一、实验目的
起始点: O
末点：下落过程任意点
需要测量的物理量：下落的高度、瞬时速度
验证：
O
A
B
起点
h
hA
hB
二、实验原理
是否需要测量重物的质量？
验证机械能守恒定律则不需要；
若要计算重物的重力势能、动能及其改变量则需要。
思考与讨论
三、实验器材
四、实验步骤
方法一：利用起始点和任意一点验证
在实验误差允许的条件下，相等，则验证了机械能守恒定律。
五、数据处理
O
A
B
起点
h
hA
hB
五、数据处理
计数点 A B C D E F G
hn(×10-2m) 11.61 14.88 18.34 22.30 26.50 31.28 36.20
vn(m/s) 1.683 1.855 2.040 2.245 2.425
ghn(m2/s2)
将计算的瞬时速度数据记录在表格中
计数点 A B C D E F G
hn(×10-2m) 11.61 14.88 18.34 22.30 26.50 31.28 36.20
vn(m/s) 1.683 1.855 2.040 2.245 2.425
1.415 1.721 2.081 2.520 2.940
ghn(m2/s2) 1.458 1.798 2.186 2.597 3.066
= 成立！
分别计算出vn2/2、ghn填入表格，北京：g = 9.8015 m/s2
在实验误差允许的范围内，自由落体运动中的物体，只有重力做功，其重力势能和动能互相转化，总机械能保持不变。
六、实验结论
准确清晰记录下第一个点（释放点）
方法一：利用起始点和任意一点验证局限性
1
2
x = gt2 = ×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm
1
2
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。
可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）
思考与讨论
Δx
【例题】利用如图所示装置做“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)
典例分析
AB
【例题】利用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。
(2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，图中数据均为已知。
已知当地重力加速度为g，打点计时器打点周期为T。设重物的质量为m，从O点到打B点的过程中，重力势能变化了多少？动能变化了多少？
典例分析
O到B重力势能减少了mghB
动能增加了
二、实验器材与步骤
一、实验目的与原理
三、数据处理与实验结论
本课小结
1.在验证机械能守恒定律的实验中，对于自由下落的重物，下列选择条件中可取的是（ ）
A.选用重物时，重的比较好
B.选用重物时，体积小的比体积大的好
C.选定重物后，为验证机械能守恒，需要称出它的质量
D.重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带受到的打点计时器的阻力
ABD
跟踪练习
2.用自由落体法验证机械能守恒定律,下列哪些测量工具是必要的( )
A.天平 B.弹簧测力计 C.刻度尺 D.停表
C
3.利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中,下列说法正确的是( )
A.重物的重力,应远大于它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力
B.操作时应先放纸带再通电
C.打点计时器应接在电压为4-6V的直流电源上
D.在验证过程中，只需比较v2/2与gh的大小即可，与重物质量无关
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谢谢
大家

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