1、9實驗：驗證機械能守恒定律山東省萊蕪市第十七中學 劉學連本人聲明：本文屬本人原創作品，本文著作權授予“北京全品考試書店有限公司、北京全品教育科技中心”獨家所有，本人擁有署名權。本實驗借助的物理現象是：自由落體運動實驗目的來驗證機械能守恒定律實驗原理請同學們完成以下填空：物體做自由落體運動，只有_ 做功，物體的 _與_ 相互轉化，但總的機械能不變。若物體的某一時刻的瞬時速度是v，下落高度是h,則有_重力重力勢能動能mgh = mv2/2即驗證：hv實驗方法請同學們閱讀教材“實驗方法”部分并回答以下問題1、本實驗需要哪些器材？2、簡述實驗步驟3、本實驗要不要測物體的質量？4、討論課文中“紙帶上某兩

2、點”如何選取？5、重物的速度如何測量？我們分別回答以上問題問題11、本實驗需要哪些器材？電火花計時器（或電磁打點計時器）重物 紙帶鐵架臺（帶鐵夾）刻度尺我們分別回答以上問題問題22、簡述實驗步驟按照課本所示裝置安裝打點計時器將紙帶穿過計時器，下端與重物相連先接通電源后釋放紙帶更換紙帶，重復以上步驟選擇紙帶，處理數據我們分別回答以上問題問題33、本實驗要不要測物體的質量？不需要測量物體的質量mgh = mv2/2只證明gh = v2/2如果實驗要求計算勢能和動能的具體數據，那就必須知道物體的質量（即：課本中所說的用天平測物體的質量）我們分別回答以上問題問題44、討論課文中“紙帶上某兩點的距離等于

3、重物”中的“某兩點”如何選取？hv我們驗證：需要從起始點開始算起，如右圖：許多材料上指出：選取第1、2兩點間距2mm的紙帶，即在打第1個點的瞬間，紙帶開始下落，實際上在操作中這是很難控制的，所以只要保證操作正確即可，誤差也不會太大。可以想一想2mm是怎么來的？問題4我們分別回答以上問題實際上我們完全可以回避起始點的7113我們可以選取7、13兩點，比較它們的機械能E7和E13,以點13為0勢能參考點，則有： EK7mghEK13這樣，紙帶上打出起始點0后的第一個0.02s內的位移是否接近2mm，以及第一個點是否清晰就無關緊要了回避第一個計時點的原因也包括實驗時手提紙帶的不穩定，使第一個計時點打

4、出的點跡過大，從而測量誤差加大。問題5我們分別回答以上問題5、重物的速度如何測量？重物的速度可以用大家熟悉的方法從紙帶測出，這樣也就知道了它在各點的瞬時速度，從而得到它在各點的動能。比較重物在某兩點的動能與勢能之和，就能驗證機械能是否守恒。速度測量利用勻變速直線運動的規律可以用 AC 的平均速度代表 B 的瞬時速度。請同學們獨立推導此表達式推導利用勻變速直線運動的規律如圖A、B、C是紙帶上相鄰的三個點，紙帶以加速度a做勻加速運動，所以A、C兩點的距離可以表示為：A、C的平均速度：另一方面所以結合v-t圖象了解瞬時速度和時間中點的平均速度相等的物理意義 推導利用勻變速直線運動的規律結論 做勻變速

5、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。辨析計算物體的速度，可有三種方法第1種方法是根據機械能守恒定律得到的，而我們的目的就是驗證機械能守恒定律，所以不能用第2種方法認為加速度為g，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實際加速度必將小于g，這樣將得到機械能增加的結論，有阻力作用機械能應該是減少的，故這種方法也不能用注意事項怎樣減少阻力？1、安裝打點計時器時，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。2、應選用質量和密度較大的重物，可使摩擦阻力，空氣阻力相對減小。注意事項以哪兩個點作為始末位置最為合適？實驗用的紙帶一般小于1m，從起始點開始大約能打出20個點左右。末位置的點可選擇

6、倒數第一個點或倒數第二個點，從這一個點向前數46個點當初位置的點，可以減小這兩個點的瞬時速度以及兩點之間距離（高度h）測量的誤差。誤差分析EP EK因重物下落中要克服阻力做功，實驗的動能增加量必定稍小于重力勢能減少量可以多次測量。實驗報告的主要內容練習1、為進行“驗證機械能守恒定律”的實驗，有下列器材可供選用：鐵架臺，打點計時器，復寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導線，電鍵，天平。其中不必要的器材有： ；缺少的器材是 。不必要的器材有：秒表、低壓直流電源、天平。缺少的器材是低壓交流電源、重錘、刻度尺通過原點的直線、g. 2、在驗證機械能守恒定律時，如果以v22為縱軸，以h為橫軸，根據實驗數據繪出的圖線應是 ，才能驗證機械能守恒定律，其斜率等于 的數值。練習練習3、某次“驗證機械能守恒定律”的實驗中，用6V、50Hz的打點計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖4所示，O點為重錘下落的起點，選取的計數點為A、B、C、D，各計數點到O點的長度已在圖上標出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質量為1kg。打點計時器打出B點時，重錘下落的速度vB= m/s，重錘的動能EkB= J。從開始下落算起，打點計時器打B點時，重錘的重力勢能減小量為 J。根據紙帶提供的數據，在誤差允許的范圍內，重錘從靜止開始到打出B點的過程中，得到的結論是