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(共27张PPT)
1.5　第2课时　验证机械能守恒定律
1.验证机械能守恒定律。
2.进一步熟悉打点计时器的使用。
3.在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能应用机械能守恒定律解决简单问题。
学习目标
一、实验目的
1.验证机械能守恒定律。
2.进一步熟悉打点计时器的使用。
二、实验原理与设计
实验装置如图所示。
1.让带有纸带的重物自由下落，利用打点计时器记录重物下落过程中的运动情况。
2.选取纸带上的某点作为高度的起点，量出纸带上其
他点相对该点的距离作为高度。
3.用天平称出重物的质量，算出重物经过这些点的重力
势能。再计算重物经过这些点的瞬时速度，算出动能。
4.最后，通过比较重物经过这些点的机械能，得出实
验结论。
铁架台(带有铁夹)、打点计时器、交流电源、纸带、重物、天平、砝码、刻度尺。
三、实验器材
1.安装装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电源。

四、实验步骤
2.打纸带：将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，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地
方。先接通电源，然后再松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带，按上述要求再重复做3～5次。
3.选纸带：分两种情况。
(1)应选点迹清晰且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由先释放纸带，后接通电源造成
的。这样，第1个点就不是运动的起始点了，纸带上第1个点对应
的动能就不等于零。原理式mgh＝ mv2就不成立了。
(2)用mgΔh＝ mvB 2－ mvA2验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用。
4.测距离：用毫米刻度尺测出O点到1、2、3…各计数点的距离，求出重物对应于各点下落的高度h1、h2、h3…，并将各点对应的高度填入设计的表格中。
1.计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3…，再利用匀变速直线运动公式
vn＝ ，计算出1、2、3、4、…、n，各点的瞬时速度v1、v2、v3、v4、…、vn。

五、数据处理
2实验验证
方法一：利用起始点O和n个计数点，分别计算出各点对应的重力势能和动能。设起始点O处的重力势能为零，则各计数点处的重力势能为－mghn，对应的动能为mvn2，如果在实验误差允许的范围内mghn＝ mvn2，则机械能守恒。
方法二：任意选取两点A、B，测出hAB，计算出mghAB，再计算出vA、vB、 mvB2－ mvA2的值，如果在实验误差允许的范围内mghAB＝ mvB2－ mvA2，则机械能守恒。
方法三：图像法
从纸带上多选取几个计数点，测量出O点(起始点)到其余各计数点的距离(物体下落的高度)h，并计算出各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2 -h图像。若在误差允许的范围内图像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。
k
1.在进行长度测量时，测量及读数不准造成偶然误差。
2.系统误差的主要来源是重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。
3.交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生系统误差。
六、误差分析
1.应尽可能控制实验，满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：
(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。
(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小。
七、注意事项
2.实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直。接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带。
3.计算速度时不能用v＝，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。
4.测量下落高度时，为减小实验误差，后边的点应距起点O较远，在测量各点到O点的距离时，应当用刻度尺从O点量起，一次性读出各点到O点的距离。
1.“验证机械能守恒定律”的实验装置已安装完毕，请完成如下实验操作：
(1)将纸带穿过打点计时器的 ，纸带下端固定在重锤上，上端用手提住，纸带不与限位孔接触。
(2)接通打点计时器的电源使它工作，让纸带从 状态开始释放，打点计时器在纸带上打出一系列的点。
(3)更换纸带重复进行四次实验，从打出的几条纸带中挑选点迹清晰的纸带进行下面的测量。
随堂检测
(4)在纸带上选取打下的第1个点记为O，在这个点后距离较远处任意选取一点P，数出由O到P 数目n，
用刻度尺测出 的距离h。
(5)打点计时器工作电源的频率为50 Hz，则打点间隔时间为 s，根据公式 计算出P点对应的速度v。
(6)由上面的h和v分别计算 和 ，看两者 。
(7)在其他纸带上再另选几个点，重复步骤(4)(5)(6)。
2.在用打点计时器做“验证机械能守恒定律”的实验中，使质量m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示。O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，那么：
(1)根据图上所得的数据，应取图中O点到 点来验证机械能守恒定律。
(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量
ΔEp＝ J，动能增加量ΔEk＝ J；请简述两者不完全相等的原因 。(结果取三位有效数字)
(3)若测出纸带上所有点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图像是图中的 。

答案：(1)B　(2) 1.88　1.84　重物下落时受到空气阻力和纸带与打点计时器间的阻力作用　(3)A
3.在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地重力加速度g＝9.80 m/s2，测得所用的重物的质量为1.00 kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图所示)，把第一个点记住O，另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点。经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm。根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于 J，动能的增加量等
于 J。(取三位有效数字)
答案：7.62　7.56

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