思考：我們熟知的運(yùn)動(dòng)中，哪些運(yùn)動(dòng)滿足僅有重力做功？自由落體運(yùn)動(dòng)物體沿光滑斜面下滑小球的擺動(dòng)新課導(dǎo)入第5節(jié)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)演示思考：如何驗(yàn)證自由落體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能守恒？自由落體運(yùn)動(dòng)？=OB一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?借助自由落體運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)任務(wù)一

借助自由落體運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律思考：如圖所示，若要驗(yàn)證O（重物下落的起點(diǎn)）點(diǎn)到B點(diǎn)機(jī)械能是否守恒需要測量哪些物理量？？=hh2h1OABC？=需要測量起點(diǎn)O到A、B、C三點(diǎn)的距離h1、h、h2？=二.實(shí)驗(yàn)原理方法一：方法二：若以重物下落過程中的某一點(diǎn)A為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測出物體對(duì)應(yīng)于A點(diǎn)的速度vA

再測出物體由A點(diǎn)下落△h后經(jīng)過B點(diǎn)的速度vB則在誤差允許范圍內(nèi)，由計(jì)算得出

機(jī)械能守恒定律即被驗(yàn)證。

方法三：作v2/2－h(huán)圖象．

從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的v2/2，然后以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2/2－h(huán)圖線．結(jié)論：若在誤差允許的范圍內(nèi)，圖象是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．0h該圖象的斜率表示什么？？=三、實(shí)驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、學(xué)生電源等。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶重物？鐵架臺(tái)4、選擇合適的紙帶，處理數(shù)據(jù)。3、更換紙帶，重復(fù)幾次。1、將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，把紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔。2、用手提著紙帶使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。然后先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落。四、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)要不要測量物體的質(zhì)量？mgh

=mv

212gh

=v

212無需測量物體的質(zhì)量如果實(shí)驗(yàn)要求計(jì)算勢能和動(dòng)能的具體數(shù)據(jù)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。問題1紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)0（起始點(diǎn)的速度應(yīng)該為零，即打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下第一個(gè)點(diǎn)時(shí)紙帶剛開始下落）。gh

=v

212h起始點(diǎn)問題2可以回避起始點(diǎn)嗎（即處理紙帶時(shí)可以不用到起始點(diǎn)嗎）?我們可以選取A、B兩點(diǎn)，比較它們的機(jī)械能EA和EB。若以點(diǎn)B為0勢能點(diǎn)，則有：EKA＋mgΔh＝EKBΔhAB思考速度能不能用v=

2gh或v=

gt計(jì)算？這種方法認(rèn)為加速度為g，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實(shí)際加速度必將小于g，這樣將得到機(jī)械能增加的結(jié)論，有阻力作用機(jī)械能應(yīng)該是減少的，故這種方法也不能用。這種方法是根據(jù)機(jī)械能守恒定律得到的，而我們的目的就是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，所以不能用。思考0hv212gh=v

212該圖象的斜率表示什么？為什么圖象通過原點(diǎn)？實(shí)驗(yàn)結(jié)論在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，重錘重力勢能減少量等于動(dòng)能的增加量，即機(jī)械能守恒。

實(shí)驗(yàn)中，重錘的重力勢能減小略大于其動(dòng)能增加，其原因是下落中克服阻力做功，機(jī)械能略有減少。思考：為什么重物的重力勢能減少量略大于動(dòng)能的增加量？如何減小它們之間的誤差？1.重物下落過程中克服阻力做功。2.減小誤差的措施：（1）減小重物下落時(shí)受到的空氣阻力（選擇體積小、密度大的重物）；系統(tǒng)誤差阻力來源：（1）重物下落過程中受空氣阻力；（2）紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間存在摩擦阻力.（2）用電火花計(jì)時(shí)器代替電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；（3）安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)保證兩個(gè)限位孔豎直；（4）釋放紙帶時(shí)，保證紙帶豎直。誤差分析思考：實(shí)驗(yàn)中是否存在其他誤差？若存在如何減小誤差？測量紙帶長度時(shí)存在誤差措施：（1）多次測量取平均值；（2）依次測量后面的點(diǎn)與第一點(diǎn)之間的距離。偶然誤差hh2h1OABC例1某同學(xué)用如圖甲所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí),所用交流電源的頻率為50Hz,得到如圖乙所示的紙帶.選取紙帶上打出的連續(xù)五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E,測出A點(diǎn)距起點(diǎn)O的距離為x0=19.00cm,點(diǎn)A、C間的距離為x1=8.36cm,點(diǎn)C、E間的距離為x2=9.88cm,g取9.8m/s2,測得重物的質(zhì)量為m=1kg.(1)下列做法正確的是

(填選項(xiàng)前的字母).

A.圖甲中兩限位孔必須在同一豎直線上B.實(shí)驗(yàn)前,手應(yīng)提住紙帶上端,使紙帶豎直C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開紙帶,再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D.數(shù)據(jù)處理時(shí),應(yīng)選擇紙帶上距離較近的兩點(diǎn)作為初、末位置AB[解析]圖甲中兩限位孔必須在同一豎直線上,實(shí)驗(yàn)前手應(yīng)提住紙帶上端,并使紙帶豎直,這是為了減小打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶之間的摩擦,選項(xiàng)A、B正確;實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,再放開紙帶,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;數(shù)據(jù)處理時(shí),應(yīng)選擇紙帶上距離較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)作為初、末位置,以減小長度的測量誤差,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.(2)選取O、C兩點(diǎn)為初、末位置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,重物減少的重力勢能是

J,打下C點(diǎn)時(shí)重物的速度大小是

m/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

2.28

2.68

C

(4)重物減少的重力勢能總是略大于增加的動(dòng)能,產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是

.(寫出一條即可)

重物受到空氣阻力(或紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間存在阻力)[解析]在實(shí)驗(yàn)過程中,紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦阻力、空氣阻力是存在的,克服阻力做功損失了部分機(jī)械能,因此實(shí)驗(yàn)中重物減少的重力勢能總是略大于增加的動(dòng)能.二、實(shí)驗(yàn)原理借助沿斜面下滑物體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

物體沿光滑斜面下滑時(shí)，雖然受到重力和斜面的支持力，但支持力與物體位移方向垂直，對(duì)物體不做功，這種情況也滿足機(jī)械能守恒的條件物體沿光滑斜面下滑學(xué)習(xí)任務(wù)二

借助沿斜面下滑物體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律三、實(shí)驗(yàn)器材:氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器氣墊導(dǎo)軌光電門數(shù)字計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)裝置所示。實(shí)驗(yàn)操作中，把氣墊導(dǎo)軌調(diào)成傾斜狀態(tài)，滑塊沿傾斜的氣墊導(dǎo)軌下滑時(shí)，重力勢能減小，動(dòng)能增大。測量滑塊和擋光片的質(zhì)量，用光電門測量滑塊的瞬時(shí)速度。測量滑塊下降的高度Δh和初、末速度v1、v2，就可以驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒四、實(shí)驗(yàn)步驟例2[2023·臺(tái)州中學(xué)期中]圖為某實(shí)驗(yàn)小組做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置,光電門A、B固定在氣墊導(dǎo)軌上,細(xì)線兩端分別與鉤碼和滑塊相連,重力加速度為g.(1)實(shí)驗(yàn)的主要操作如下:①按圖組裝好實(shí)驗(yàn)器材;②讓滑塊從氣墊導(dǎo)軌上光電門A

的右側(cè)某位置由靜止釋放;③記錄遮光條通過光電門

A、B

所用的時(shí)間分別為t1、t2;④改變光電門

B

的位置,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn).為完成該實(shí)驗(yàn),還缺少的主要操作是

.

將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平[解析]為完成該實(shí)驗(yàn),還缺少的主要操作是將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平.(2)實(shí)驗(yàn)中還需要測量的物理量有

(填數(shù)字序號(hào)).

①滑塊的長度D;②遮光條的寬度d;③兩個(gè)光電門之間的距離L;④滑塊(含遮光條)的質(zhì)量M;⑤鉤碼的質(zhì)量m.②③④⑤

(3)對(duì)于滑塊(含遮光條)和鉤碼組成的系統(tǒng),重力勢能的減少量ΔEp=

,動(dòng)能的增加量ΔEk=

.(均用上述所給的字母表示)

mgL

(4)實(shí)驗(yàn)小組處理采集的多組數(shù)據(jù)并在坐標(biāo)系ΔEp-ΔEk中描點(diǎn)作圖,如圖所示,若兩軸的標(biāo)度相同,造成該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因是

.

[解析]根據(jù)ΔEp-ΔEk圖像,若ΔEp=ΔEk,則直線傾角為45°,而現(xiàn)在圖中直線傾角為42°,可知ΔEp<ΔEk,原因可能是滑塊的重力做正功造成的,即氣墊導(dǎo)軌沒有調(diào)水平且B端偏低.氣墊導(dǎo)軌沒有調(diào)水平且B端偏低課后習(xí)題1．利用圖8.5-2的裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。（1）除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)（含鐵夾）、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)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）（2）實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖8.5-5所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m，從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢能變化了多少？動(dòng)能變化了多少？（3）很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢能的減少量略大于動(dòng)能的增加量，你認(rèn)為原因是什么？課后習(xí)題2.圖8.5-6為一種利用氣墊導(dǎo)軌“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：A.將氣墊導(dǎo)軌放在水