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第八章 機械能守恒定律
8.5實驗 驗證機械能守恒定律
（教材94頁）
倒計時結束后
請人闡述：如何用實驗驗證機械能守恒定律？
導入新課
實驗目的：驗證機械能守恒定律
機械能守恒定律告訴我們，在只有重力或彈力做功的系統內，動能與勢能相互轉化時總的機械能保持不變。
一、實驗思路
（閱讀教材95頁）
(1)物體所處位置的高度；
(2)物體的運動速度。
二、物理量的測量
(3)物體的質量。
本實驗要不要測量物體的質量？
mgh =
mv 2
1
2
gh =
v 2
1
2
如果實驗要求計算勢能和動能的具體數據，那就必須要知道物體的質量。
想一想
如何測物體的瞬時速度
v
0
t
vA
t 2t
vB
vC
想一想
處理紙帶時可以不用起始點嗎
想一想
Δh
A
B
1.實驗器材：
鐵架臺(帶鐵夾)、打點計時器、重物(帶夾子)、紙帶(數條)、復寫紙、導線、毫米刻度尺、低壓交流電源。
實驗方案1：研究自由下落物體的機械能
2.實驗步驟
(1)安裝置：
(2)打紙帶：
(3)選紙帶：
(4)測長度：
將檢查、調整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。
A.先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落；
B.關閉電源，取下紙帶。更換紙帶重復做3～5次實驗。
選取點跡清晰且第1、2兩點間距接近2 mm的紙帶。
用毫米刻度尺測出所選定的各計數點到基準點的距離。
3.數據分析
思考與討論：
如何求出計數點的速度大??？比如計數點5的速度如何求？
h
v
O
3.10cm
7.05cm
3.數據分析
hAB
vB
O
B
A
vA
h
v
O
（2）下落距離時都從O點量起，一次將各打點對應的下落高度測量完，或者多次測量取平均值．
4.誤差分析
(1)本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力 (空氣阻力、打點計時器阻力)做功，
系統誤差
偶然誤差
（稍小于）
（1）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后再松開紙帶．
（2）需選取密度較大的物體做重錘，以相對減小空氣阻力的影響。
注意事項：
（4）選擇點跡清晰的紙帶，最好是第1點和第2點間距接近2 mm的紙帶。
（3）測量下落高度時，為了減小測量值h的相對誤差，選取的各個計數點要離起始點遠一些；各點對應的下落高度均從起點測量，不可用累加法。
98頁
（教材94頁）
六、實驗改進
物體下落過程中通過某一位置時的速度可以用光電計時器測出來，利用這種裝置驗證機械能守恒定律，能消除紙帶與限位孔的摩擦阻力帶來的系統誤差．
實驗方案2：研究沿斜面下滑物體的機械能
1、實驗原理
氣墊導軌
光電門
數字計時器
5.實驗測量及數據處理
6.誤差分析
兩光電門之間的距離稍大一些，可以減小誤差；遮光條的寬度越____，誤差越小。
窄
m
砝碼通過繞過定滑輪的細線牽連靜止放在氣墊導軌上的滑塊，從靜止釋放。設砝碼和托盤總質量為m，滑塊和擋光條總質量為M。
實驗原理
方案3：系統守恒
（學案143頁）
因為只要認為加速度為g，機械能當然守恒，即相當于用機械能守恒定律驗證機械能守恒定律。利用v=gt求瞬時速度，因重物下落過程中受阻力影響，重物實際加速度比g小，如果用vn＝gtn來求瞬時速度，會導致計算出的速度比實際值大，會得出機械能增加的錯誤結論，而因為摩擦阻力的影響，機械能應該減小，所以速度應從紙帶上直接測量計算．同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測量，而不能用hn＝ 或hn＝ 計算得到．
【問題2】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？
想一想
h = gt2= ×9.8×0.022m < 2 mm
1
2
1
2
h
用 驗證 ，這是以紙帶上第一點（起始點）為基準驗證機械能守恒定律的方法。紙帶上的第一個點為計時起點0 ，該點的速度應該為零。
實驗時可多次改變H值并測量與之對應的x值，利用作圖像的方法驗證。為了直觀地表述H和x的關系，可用橫軸表示H，縱軸表示x2，建立坐標系。
x2
驗證過程：
利用頻閃照片驗證機械能守恒
比例1:1 頻閃時間間隔T
其它設計
如圖，懸掛在O點的小球擺到最低點時恰好與桌面接觸但沒有彈力，D處(箭頭所指處)放一鋒利的刀片，細線到達豎直位置時能被割斷，小球做平拋運動落到地面，P是一刻度尺。該方案只需利用刻度尺測量A位置到桌面的高度H、桌面到地面的高度h及小球平拋運動的水平位移x即可驗證機械能守恒。
方案4：創新設計
做勻變速運動的紙帶上
某點的瞬時速度，等于相鄰兩點間的平均速度。
【問題4】如何測物體的瞬時速度
v
0
t
vA
t 2t
vB
vC
想一想
誤差來源 減小誤差的措施 實驗注意事項
阻力的影響 設法減小阻力 打點計時器應安裝穩固，限位孔在一豎直線上，減小紙帶與限位孔間的摩擦阻力
減小重物體積可減小空氣阻力
增大重物重力 選用密度大的重物，一般用鐵塊
實驗操 作不當 調節打點計時器 注意將電磁打點計時器接在低壓交流電源上，調節好振針的長度，使點跡清晰
注意釋放紙帶與 接通電源的順序 接通電源，待打點計時器工作穩定后再釋放紙帶讓重物下落
選擇紙帶 選擇點跡清晰的紙帶，最好是第1點和第2點間距接近2 mm的紙帶
測量誤差 h誤差 防止分段測 量增大誤差 各點對應的下落高度均從起點測量，不可用累加法，否則將增大誤差
減小誤差的措施與操作規范
1.將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導軌調至水平；
2.測出擋光條的寬度l；
3.由導軌標尺讀出兩光電門中心間的距離s；
4.將滑塊移至光電門1左側某處，待砝碼靜止時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2；
實驗步驟：
5.從數字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電b門2所用的時間Δt1和Δt2；
6.用天平稱出滑塊和擋光條的總質量M，再稱出托盤和砝碼的總質量m。
數據處理：
1.滑塊通過光電門1和光電門2時，瞬時速度分別為v1＝____和v2＝____.
2.當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動
能分別為Ek1＝_____________和Ek2＝_____________。
3.在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統
重力勢能的減少量 (重力加速度為g)。
ΔEp＝mgs
4.如果ΔEp＝___________________________，則可
認為驗證了機械能守恒定律。
小球的擺動
x
y
平拋運動

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