第八章 5.实验：验证机械能守恒定律（课件 学案 练习)高中物理人教版（2019）必修 第二册

5.实验：验证机械能守恒定律 一、实验目的 1.会制订实验方案，验证机械能守恒定律。 2.练习使用打点计时器或气垫导轨等器材。 二、实验思路 　机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。本节实验我们以只有重力做功的过程进行研究。 三、物理量的测量及数据分析 　（1）只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化。 （2）要验证的表达式：m＋mgh2＝m＋mgh1或m－m＝mgh1－mgh2。 （3）所需测量的物理量：物体所处两位置之间的高度差、物体的运动速度。 四、参考案例 案例1　研究自由下落物体的机械能 1.实验器材 铁架台（带铁夹）、打点计时器、重物（带夹子）、纸带、复写纸（或墨粉纸盘）、导线、刻度尺、交流电源。 2.实验步骤 （1）安装装置：按图甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。 （2）打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到 3～5条打好点的纸带。 （3）选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置之间的距离Δh及在两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。 3.数据处理 （1）计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式vn＝计算出某一点的瞬时速度vn。 （2）验证方法 方法一：利用起始点和第n点 选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许的范围内mghn＝m，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：任取两点A、B 如果在实验误差允许的范围内mghAB＝m－m，则机械能守恒定律得到验证。 方法三：图像法（如图所示）。 若在实验误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律得到验证。 4.误差分析 本实验的误差主要是测量纸带产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。 5.注意事项 （1）安装打点计时器时，要使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 （2）应选用质量和密度较大的重物。 （3）实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。 （4）本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。 （5）速度不能用v＝gt或v＝计算，应根据纸带上测得的数据，利用vn＝计算瞬时速度。 案例2　研究沿斜面下滑物体的机械能 1.实验器材 如图所示，气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。 2.实验过程 把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。 3.物理量的测量及数据处理 （1）测量两光电门之间的高度差Δh； （2）根据滑块经过两光电门时遮光条的遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。 若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝，v2＝； （3）若在实验误差允许的范围内满足mgΔh＝m－m，则验证了机械能守恒定律。 4.误差分析 两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小。 题型一 实验原理与操作 【典例1】　图甲为验证“机械能守恒定律”的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带夹子的重锤、天平、刻度尺、低压交流电源。回答下列问题： （1）下面列举了该实验的几个操作步骤： A.按照图示的装置安装器材 B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上 C.用天平测出重锤的质量 D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带 E.测量纸带上某些点间的距离 F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 其中操作错误的步骤是　　　　。 （2）实验中 ... ...