第八章 5　实验 验证机械能守恒定律（课件+学案）

5　实验:验证机械能守恒定律 [定位·学习目标]　1.通过阅读教材,明确实验目的,理解实验原理和实验设计思路并能进行相关量的测量。2.通过控制实验条件,正确进行实验操作,获取物体下落的高度和速度大小等数据,会分析动能增加量略小于重力势能减少量的原因,并采取相应措施,减小实验误差。3.客观对待实验数据,树立实事求是的科学态度,培养合作和认真严谨的科学精神。 一、实验目的 能够用以下实验案例验证机械能守恒定律: 方案一　研究自由下落物体的机械能 方案二　研究沿斜面下滑物体的机械能 二、实验原理 机械能守恒的前提是“只有重力或系统内弹力做功”,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。只有重力做功时,只发生重力势能和动能的转化。 (1)要验证的表达式:m+mgh2=m+mgh1或m-m=mgh1-mgh2。 (2)所需测量的物理量:物体所处两位置之间的高度差及物体的运动速度。 通过实验操作,看它们在实验误差允许的范围内表达式是否成立,若成立则验证了机械能守恒定律。 三、参考案例 方案一　研究自由下落物体的机械能 1.实验原理 忽略空气阻力,自由下落的重物在运动过程中机械能守恒,即动能的增加量等于重力势能的减少量。具体来说有下面两种方法。 (1)用mv2=mgh验证:这是以纸带上第一点(速度为零)为起始点验证机械能守恒定律的方法。由于第一点应是重物做自由落体运动开始下落的起点,所以应选取点迹清晰且第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带。 (2)用m-m=mgΔh验证:这是在纸带上选择任意两点验证机械能守恒定律的方法。由于重力势能的相对性,处理纸带时,选择适当的点为基准点,这样纸带上打出的第1、2点间的距离是否接近2 mm就无关紧要了,后面的点迹清晰即可。 2.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、导线、毫米刻度尺、交流 电源。 3.实验步骤 (1)仪器安装:按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。 (2)打纸带:将纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5次实验。 (3)选纸带:选取点迹清晰的纸带,用作数据处理。 4.数据处理 (1)计算各点对应的瞬时速度:记下第1个点的位置O,在纸带上从离O点适当距离开始选取计数点1、2、3、…,并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3、…,再根据公式vn=,计算出2、3、4、…、n点的瞬时速度v2、v3、v4、…、vn。 (2)机械能守恒定律的验证方法。 方法一　利用起始点和第n个点 从起始点到第n个计数点,重力势能减少量为mghn,动能增加量为m,计算ghn和,如果在实验误差允许的范围内ghn=,则机械能守恒定律得到验证。 方法二　任取两点A、B 从A点到B点,重力势能减少量为mghAB,动能增加量为m-m,计算ghAB和-,如果在实验误差允许的范围内ghAB=-,则机械能守恒定律得到验证。 方法三　图像法 计算各计数点速度的平方v2,以v2为纵轴,以各计数点到第一个点的距离h为横轴,根据实验数据绘制出v2h图线。若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守恒定律。 5.误差分析 (1)偶然误差:在进行长度测量时,测量及读数不准造成偶然误差。 (2)系统误差:重物下落要克服重物和纸带运动过程中的空气阻力及打点计时器的摩擦力做功,部分机械能转化成内能,下落高度越大,机械能损失越多,所以实验数据出现了重力势能的减少量略大于动能的增加量的现象。 6.注意事项 (1)应尽可能控制实验,使之满足机械能守恒的条件,这就要求尽量减小各种阻力的影响,采取的措施有: ①安装打点计时器时,必须使两个限位孔的中线严格竖直,以减小摩擦阻力。 ②应选用质量和密度均较大的重物。增大重力可使阻 ... ...