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(共27張PPT)
1.5　第2課時　驗證機械能守恒定律
1.驗證機械能守恒定律。
2.進一步熟悉打點計時器的使用。
3.在具體問題中，能判定機械能是否守恒，并能應用機械能守恒定律解決簡單問題。
學習目標
一、實驗目的
1.驗證機械能守恒定律。
2.進一步熟悉打點計時器的使用。
二、實驗原理與設計
實驗裝置如圖所示。
1.讓帶有紙帶的重物自由下落，利用打點計時器記錄重物下落過程中的運動情況。
2.選取紙帶上的某點作為高度的起點，量出紙帶上其
他點相對該點的距離作為高度。
3.用天平稱出重物的質量，算出重物經過這些點的重力
勢能。再計算重物經過這些點的瞬時速度，算出動能。
4.最后，通過比較重物經過這些點的機械能，得出實
驗結論。
鐵架臺(帶有鐵夾)、打點計時器、交流電源、紙帶、重物、天平、砝碼、刻度尺。
三、實驗器材
1.安裝裝置：按圖將檢查、調整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電源。

四、實驗步驟
2.打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地
方。先接通電源，然后再松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶，按上述要求再重復做3～5次。
3.選紙帶：分兩種情況。
(1)應選點跡清晰且1、2兩點間距離小于或接近2 mm的紙帶。若1、2兩點間的距離大于2 mm，這是由先釋放紙帶，后接通電源造成
的。這樣，第1個點就不是運動的起始點了，紙帶上第1個點對應
的動能就不等于零。原理式mgh＝ mv2就不成立了。
(2)用mgΔh＝ mvB 2－ mvA2驗證時，由于重力勢能的相對性，處理紙帶時，選擇適當的點為基準點，這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否為2 mm就無關緊要了，所以只要后面的點跡清晰就可選用。
4.測距離：用毫米刻度尺測出O點到1、2、3…各計數點的距離，求出重物對應于各點下落的高度h1、h2、h3…，并將各點對應的高度填入設計的表格中。
1.計算各點對應的瞬時速度：記下第1個點的位置O，在紙帶上從離O點適當距離開始選取幾個計數點1、2、3…并測量出各計數點到O點的距離h1、h2、h3…，再利用勻變速直線運動公式
vn＝ ，計算出1、2、3、4、…、n，各點的瞬時速度v1、v2、v3、v4、…、vn。

五、數據處理
2實驗驗證
方法一：利用起始點O和n個計數點，分別計算出各點對應的重力勢能和動能。設起始點O處的重力勢能為零，則各計數點處的重力勢能為－mghn，對應的動能為mvn2，如果在實驗誤差允許的范圍內mghn＝ mvn2，則機械能守恒。
方法二：任意選取兩點A、B，測出hAB，計算出mghAB，再計算出vA、vB、 mvB2－ mvA2的值，如果在實驗誤差允許的范圍內mghAB＝ mvB2－ mvA2，則機械能守恒。
方法三：圖像法
從紙帶上多選取幾個計數點，測量出O點(起始點)到其余各計數點的距離(物體下落的高度)h，并計算出各點速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據實驗數據繪出v2 -h圖像。若在誤差允許的范圍內圖像是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律。
k
1.在進行長度測量時，測量及讀數不準造成偶然誤差。
2.系統誤差的主要來源是重物下落要克服阻力做功，部分機械能轉化成內能，下落高度越大，機械能損失越多，所以實驗數據出現了各計數點對應的機械能依次略有減小的現象。
3.交流電的周期不穩定，造成打點時間間隔變化而產生系統誤差。
六、誤差分析
1.應盡可能控制實驗，滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：
(1)安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小摩擦阻力。
(2)應選用質量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，使空氣阻力減小。
七、注意事項
2.實驗中，提紙帶的手要保持不動，且保證紙帶豎直。接通電源后，等打點計時器工作穩定再松開紙帶。
3.計算速度時不能用v＝，否則就犯了用機械能守恒定律去驗證機械能守恒的錯誤。
4.測量下落高度時，為減小實驗誤差，后邊的點應距起點O較遠，在測量各點到O點的距離時，應當用刻度尺從O點量起，一次性讀出各點到O點的距離。
1.“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置已安裝完畢，請完成如下實驗操作：
(1)將紙帶穿過打點計時器的 ，紙帶下端固定在重錘上，上端用手提住，紙帶不與限位孔接觸。
(2)接通打點計時器的電源使它工作，讓紙帶從 狀態開始釋放，打點計時器在紙帶上打出一系列的點。
(3)更換紙帶重復進行四次實驗，從打出的幾條紙帶中挑選點跡清晰的紙帶進行下面的測量。
隨堂檢測
(4)在紙帶上選取打下的第1個點記為O，在這個點后距離較遠處任意選取一點P，數出由O到P 數目n，
用刻度尺測出 的距離h。
(5)打點計時器工作電源的頻率為50 Hz，則打點間隔時間為 s，根據公式 計算出P點對應的速度v。
(6)由上面的h和v分別計算 和 ，看兩者 。
(7)在其他紙帶上再另選幾個點，重復步驟(4)(5)(6)。
2.在用打點計時器做“驗證機械能守恒定律”的實驗中，使質量m＝1.00 kg的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列的點，選取一條符合實驗要求的紙帶如圖所示。O為第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取連續點中的三個點。已知打點計時器每隔0.02 s打一個點，當地的重力加速度g＝9.80 m/s2，那么：
(1)根據圖上所得的數據，應取圖中O點到 點來驗證機械能守恒定律。
(2)從O點到(1)問中所取的點，重物重力勢能的減少量
ΔEp＝ J，動能增加量ΔEk＝ J；請簡述兩者不完全相等的原因 。(結果取三位有效數字)
(3)若測出紙帶上所有點到O點之間的距離，根據紙帶算出各點的速度v及物體下落的高度h，則以為縱軸，以h為橫軸畫出的圖像是圖中的 。

答案：(1)B　(2) 1.88　1.84　重物下落時受到空氣阻力和紙帶與打點計時器間的阻力作用　(3)A
3.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，查得當地重力加速度g＝9.80 m/s2，測得所用的重物的質量為1.00 kg。實驗中得到一條點跡清晰的紙帶(如圖所示)，把第一個點記住O，另選連續的四個點A、B、C、D作為測量的點。經測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm。根據以上數據，可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于 J，動能的增加量等
于 J。(取三位有效數字)
答案：7.62　7.56

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