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第四章 机械能守恒定律
第6节 实验：验证机械能守恒定律
1.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。
2.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。
3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论。
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。
一、实 验 目 的
借助自由落体运动来验证机械能守恒定律
让物体自由下落，忽略阻力情况下验证物体的机械能守恒，有两种方
案验证物体的机械能守恒。
1. 以物体下落的起始点O为基准，测出物体下落高度h时的速度大小
v，若mv2＝mgh成立，则可验证物体的机械能守恒。
2. 测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，若关系式
m－m＝mgh成立，则物体的机械能守恒。
二、实 验 原 理
三、实验器材
四、实验步骤
？
=
h
h2
h1
O
A
B
C
？
=
需要测量起点O到A、B、C三点的距离h1、h、h2
=
？
方法一：利用起始点和第n点
五、数据处理
若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA 再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB 则在误差允许范围内，由计算 得出机械能守恒定律即被验证。
方法二：任取两点计算
从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的v2/2，然后以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2－h图线．
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．
0
h
该图象的斜率表示什么？
？
=
方法三：作v2/2－h图象
(1)你认为是否可以根据v=gt来求实验中所需要的某点的瞬时速度及其原因？请说明理由。
思考与讨论
不可以。公式 v=gt 适用于自由落体运动，假设初速度为零且只有重力作用。但在实际实验中，可能存在空气阻力、摩擦力等其他因素，且初速度不一定为零，因此不能直接用这个公式来计算瞬时速度。
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. 由于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）选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？
我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。
（2）安装打点计时器时，应注意什么问题？这样做的目的是什么？
计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。
减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保证重物有足够的下落空间，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算。
七、注意事项
（3）实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？
先通电源，再释放纸带
（4）释放纸带时应注意什么问题？
释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。
七、注意事项
用数字化仪器验证机械能守恒
2.实验原理
借助光电门验证机械能守恒定律
1.实验目的：
单摆中的小球运动时，虽然受到重力和细绳的拉力，但拉力与物体位移方向垂直，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件：
小球的摆动
3.实验过程
4.实验结论：在实验误差允许的范围内，单摆中的小球，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。
1.某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2。
(1)质量为m的重物在点2的速度v2=　　　　，在点5的速度v5=　　　，
此过程中动能增加量ΔEk=　　　　 ，重力势能减少量ΔEp=　　　　。
由以上可得出实验结论　 　　　 　 。
1.50 m/s
2.075 m/s
1.03m J
1.06m J
在误差允许的范围内，机械能守恒
(2)根据实验判断下列图像正确的是(其中ΔEk表示重物动能的变化量，Δh表示物体下落的高度)(　　)
C

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