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1、验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律9 9实验：验证机械能守恒定律实验：验证机械能守恒定律1、什么叫机械能守恒？、什么叫机械能守恒？2、机械能守恒的条件是什么？、机械能守恒的条件是什么？3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？ 质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零参考面，经过A、B两点的速度分别为VA和VB，A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。4、如何推导机械能守恒的表达式？、如何推导机械能守恒的表达式？本实验借助本实验借助自由落体运动自由落体运动在自由落体运动中，若物体下在自由落体运动中，若物体下落高度落高度h 时的速度为时的速度为v , ,则则hv
2、mgh =mv 21 12 22A2B2121mvmvmgh-= 要证明上式是否成立，需要测量要证明上式是否成立，需要测量哪些物理量？哪些物理量？如何测量这些物理量？如何测量这些物理量？测量这些物理量，需要哪些器材？测量这些物理量，需要哪些器材？重物、打点计时器、重物、打点计时器、纸带、交流电源、铁纸带、交流电源、铁架台、夹子、毫米刻架台、夹子、毫米刻度尺度尺1、选择重物时，选轻一点的好还是重一点、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？的好？为什么？ 我们要求重物作自由落体运动，而我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实
3、验的影响，应采用密度较大的重力对实验的影响，应采用密度较大的重物。物。2、安装打点计时器时，应注意什么问题？、安装打点计时器时，应注意什么问题？ 计时器平面与纸带限位孔调整在竖计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。将计时器伸出桌外。3、这样做的目的是什么、这样做的目的是什么? 减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保证重物有足够的下落空间，以便误差；保证重物有足够的下落空间，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算计算 4、实验时，接通电源和释放
4、纸带的顺序、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？怎样？先通电源，再释放纸带先通电源，再释放纸带5、释放纸带时应注意什么问题？、释放纸带时应注意什么问题？ 释放重物前，重物应靠近打点计时释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。上端，确保重物由静止释放。按如下实验步骤进行实验按如下实验步骤进行实验1.按照课本所示装置安装打点计时器按照课本所示装置安装打点计时器2.将纸带穿过计时器，下端与重物相连将纸带穿过计时器，下端与重物相连3.接通电源，待计时器工作稳定后释放接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带纸带4.及时切断
5、电源，取下纸带，标上纸带及时切断电源，取下纸带，标上纸带号号5.更换纸带，重复以上步骤更换纸带，重复以上步骤6.整理器材，使器材复位整理器材，使器材复位本实验要不要测量物体的质量？本实验要不要测量物体的质量？mgh =mv 21 12 2gh =v 21 12 2无需测量物体的质量无需测量物体的质量如果实验要求计算势能和动能的具体如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。数据，那就必须要知道物体的质量。纸带上的第一个点为计时起点纸带上的第一个点为计时起点0 0 （起始点的速度应起始点的速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个
6、点时纸带刚开始下落带刚开始下落）。）。gh =v 21 12 212x = = gt2 = = 9.80.022m 210-3m = = 2 mm12h起始点起始点对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第一个点对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？就是纸带刚开始下落时打下的呢？纸带上的头两个点间的距离应接近纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。可以回避起始点吗（可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起即处理纸带时可以不用到起始点吗始点吗）? ?我们可以选取我们可以选取A、B两点，比较它们的机械两点，比较它们的机械能能EA和和EB。若以点。若以点B为为零零势能
7、势能点，则有：点，则有：EKAmghEKBhAB7113我们可以选取我们可以选取7、13两点，比较它们的机械能两点，比较它们的机械能E7和和E13,以点以点13为零势能为零势能参考点，则有：参考点，则有： EK7mghEK1321mgh2mv=验证验证： 计时器打下的第一个点作为起始计时器打下的第一个点作为起始点，适当大距离后选一个点作终点点，适当大距离后选一个点作终点Vh注意：必须保证纸带上的第一个点迹清晰，注意：必须保证纸带上的第一个点迹清晰，且是放手时打下的第一个点。且是放手时打下的第一个点。 M kgh m VAm/s VBm/s势能减少量mgh(J)动能增加量EK(J)1234通过本
8、实验，我们可以得到的结论是：通过本实验，我们可以得到的结论是： 0hv 21 12 2gh =v 21 12 2该图象该图象的斜率的斜率表示什表示什么？么？为什么为什么图象通图象通过原点？过原点？ 因重物下落中要克服阻力因重物下落中要克服阻力做功，实验的动能增加量必定做功，实验的动能增加量必定稍小于重力势能减少量稍小于重力势能减少量计算物体的速度，可有三种方法计算物体的速度，可有三种方法12nnvgh=、2nnvgt=、1132nnnhhvT-=、第第1种方法种方法是根据机械能守恒是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以是验证机械能守恒定律
9、，所以不能用不能用第第2种方法种方法认为加速度为认为加速度为g，由，由于各种摩擦阻力不可避免，所于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于以实际加速度必将小于g，这，这样将得到机械能增加的结论，样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用的，故这种方法也不能用例例1.“1.“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”及及“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”这两个实验，它们的共同之处是这两个实验，它们的共同之处是 A A都要用打点计时器都要用打点计时器 B B都要用天平测质量都要用天平测质量CC都要用刻度尺测位移都要用刻度尺测位移D D都要
10、计算瞬时速度都要计算瞬时速度AC练习练习1.1.在在验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律的实验中，需直的实验中，需直接测量的物理量是接测量的物理量是 A A重物的质量重物的质量B B重力加速度重力加速度CC重物下落的高度重物下落的高度D D与下落高度对应的重物的瞬时速度与下落高度对应的重物的瞬时速度C例例2.2.在在验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律的实验中，下列操作的实验中，下列操作正确的是正确的是 A A先释放重物，后接通电源先释放重物，后接通电源B B用秒表测量重物下落的时间用秒表测量重物下落的时间CC打完一条纸带后，立即切断电源打完一条纸带后，立即切断电源D D每打完一条纸带，活动复
11、写纸位置每打完一条纸带，活动复写纸位置CD练习练习2.2.在验证机械能守恒定律的实验中要用到的器材在验证机械能守恒定律的实验中要用到的器材和测量仪器有和测量仪器有_A A打点计时器打点计时器B B低压交流电源低压交流电源CC秒表秒表D D重重锤锤 E E铁架台和复夹铁架台和复夹 F F纸带纸带GG刻度尺刻度尺 H H天天平平ABDEFG例例3 3 某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步骤，试按合理的顺序步骤序号填在下面的线上：骤，试按合理的顺序步骤序号填在下面的线上：_A A断开电源，取下纸带，选出前两个点间距离接近断开电源，取下纸带，选出
12、前两个点间距离接近2mm2mm的纸带；的纸带；B B把纸带固定在重锤上；把纸带固定在重锤上；CC将纸带穿过打点计时器，并把纸带上提使重锤停在靠近将纸带穿过打点计时器，并把纸带上提使重锤停在靠近打点计时器的地方；打点计时器的地方；D D把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上，并与低压交把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上，并与低压交流电源相连接；流电源相连接；E E接通电源，同时释放纸带；接通电源，同时释放纸带；F F求出重锤重力势能的减少量求出重锤重力势能的减少量EPEP和动能的增加量和动能的增加量EKEK，比较比较EPEP和和EKEK得出实验结论；得出实验结论；GG用刻度尺量出所选取的计数点到
13、打下的第一个点用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点0 0之间之间的距离的距离DBCEAG F练习练习. .在重锤带动纸带自由下落，用打点计时器验证机在重锤带动纸带自由下落，用打点计时器验证机械能守恒的实验时，打点计时器打出的纸带如下图所械能守恒的实验时，打点计时器打出的纸带如下图所示重锤的质量用示重锤的质量用mm表示，根据纸带上的数据，重锤在表示，根据纸带上的数据，重锤在B B点的动能是点的动能是_，重锤在，重锤在E E点的动能点的动能是是_ 在上述过程中，重锤重力势能变化是在上述过程中，重锤重力势能变化是_（记数点（记数点A A、B B、CFCF均为相邻的均为相邻的打点）打点）2.47
14、m(J)3.94m(J)1.48m(J)练习练习. .在验证机械能守恒定律时，将重物自由下落，纸在验证机械能守恒定律时，将重物自由下落，纸带记录如图所示（计算结果取带记录如图所示（计算结果取2 2位有效数字）位有效数字）T=0.02sT=0.02s图中纸带左端为与重物相连端，图中纸带左端为与重物相连端，0 0点为重物静点为重物静止时所记录的点，止时所记录的点，ABCABC三个记数点为打点计时之点，三个记数点为打点计时之点，则重物下落则重物下落hBhB距离时，其速度距离时，其速度V VB B可用计算式可用计算式V VB B=_ =_ 进行计算，根据图示数据求出进行计算，根据图示数据求出V VB B=_m/s=_m/s；重物重力势能减少量为；重物重力势能减少量为_，动能增加量为，动能增加量为_，两，两者不完全相同的原因是者不完全相同的原因是_ _实验中需要的测量仪器实验中需要的测量仪器_(AB+BC)/2T1.61.5J1.3J打点计时器打点计时器,刻度尺刻度尺下落过程中下落过程中, ,重物克服摩擦和空气阻力做功重物克服摩擦和空气阻力做功, ,部分机械能转化为内能部分机械能转化为内能