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第六節 實驗： 驗證機械能守恒定律
第四章　機械能及其守恒定律
01
02
03
通過研究物體在自由下落過程中動能與勢能的變化，驗證機械能守恒定律。
教學目標
能正確進行實驗操作，分析實驗數據得出結論。
理解實驗中測物體在紙帶上某點對應時刻的瞬時速度的方法。
新課引入
首先我們來回顧一下定律的內容：在只有重力或彈力做功的物體系統內，動能與勢能可以互相轉化，而總的機械能保持不變。我們注意到機械能守恒的系統有一個前提條件，是該系統只有重力或者彈力做功。因此我們設計實驗來驗證機械能守恒定律時，就必須要滿足這個條件，來選擇符合機械能守恒定律的運動模型。
思考：我們熟知的運動中，哪些運動滿足僅有重力做功？
自由落體運動
物體沿光滑斜面下滑
小球的擺動
自由落體運動過程中物體只受重力，只有重力做功，重力勢能轉化為物體的動能，滿足機械能守恒定律；物體在光滑斜面下滑也只有重力做功，機械能守恒，但是需要氣墊導軌提供摩擦阻力較小的斜面。對于其他更復雜的運動模型，實驗起來也更加繁瑣，因此我們選用自由落體運動來驗證機械能守恒定律。
借助自由落體運動來驗證機械能守恒定律
一、實驗目的
起始點: O
末點：下落過程任意點
需要測量的物理量：下落的高度、瞬時速度
驗證：
O
A
B
起點
h
hA
hB
二、實驗原理
是否需要測量重物的質量？
驗證機械能守恒定律則不需要；
若要計算重物的重力勢能、動能及其改變量則需要。
思考與討論
三、實驗器材
四、實驗步驟
方法一：利用起始點和任意一點驗證
在實驗誤差允許的條件下，相等，則驗證了機械能守恒定律。
五、數據處理
O
A
B
起點
h
hA
hB
五、數據處理
計數點 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)
將計算的瞬時速度數據記錄在表格中
計數點 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！
分別計算出vn2/2、ghn填入表格，北京：g = 9.8015 m/s2
在實驗誤差允許的范圍內，自由落體運動中的物體，只有重力做功，其重力勢能和動能互相轉化，總機械能保持不變。
六、實驗結論
準確清晰記錄下第一個點（釋放點）
方法一：利用起始點和任意一點驗證局限性
1
2
x = gt2 = ×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm
1
2
對于實際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第一個點就是紙帶剛開始下落時打下的呢？
紙帶上的頭兩個點間的距離應接近2mm。
可以回避起始點嗎（即處理紙帶時可以不用到起始點嗎）
思考與討論
Δx
【例題】利用如圖所示裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。
(1)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、打點計時器、導線及開關外，在下列器材中，還必須使用的器材是( )
A.交流電源 B.刻度尺 C.天平(含砝碼)
典例分析
AB
【例題】利用如圖所示裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。
(2)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到一條紙帶。在紙帶上選取三個連續打出的點A、B、C，圖中數據均為已知。
已知當地重力加速度為g，打點計時器打點周期為T。設重物的質量為m，從O點到打B點的過程中，重力勢能變化了多少？動能變化了多少？
典例分析
O到B重力勢能減少了mghB
動能增加了
二、實驗器材與步驟
一、實驗目的與原理
三、數據處理與實驗結論
本課小結
1.在驗證機械能守恒定律的實驗中，對于自由下落的重物，下列選擇條件中可取的是（ ）
A.選用重物時，重的比較好
B.選用重物時，體積小的比體積大的好
C.選定重物后，為驗證機械能守恒，需要稱出它的質量
D.重物所受重力應遠大于它所受的空氣阻力和紙帶受到的打點計時器的阻力
ABD
跟蹤練習
2.用自由落體法驗證機械能守恒定律,下列哪些測量工具是必要的( )
A.天平 B.彈簧測力計 C.刻度尺 D.停表
C
3.利用重物自由下落驗證機械能守恒定律的實驗中,下列說法正確的是( )
A.重物的重力,應遠大于它所受的空氣阻力和紙帶所受打點計時器的阻力
B.操作時應先放紙帶再通電
C.打點計時器應接在電壓為4-6V的直流電源上
D.在驗證過程中，只需比較v2/2與gh的大小即可，與重物質量無關
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謝謝
大家

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