中学物理实验教学技能训练 课件17-第3篇第10章 实验40 验证机械能守恒定律

实验40

验证机械能守恒定律课件制作人：陈晓莉1.验证机械能守恒定律；

2.进一步巩固打点计时器的使用方法。

实验目的：

知识回顾：

机械能守恒的内容与条件

机械能守恒定律告诉我们，在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化，总的机械能保持不变。那么，我们可以通过什么样的实验来验证这一定律呢？一、实验原理及方法【原理】物体自由下落时，如果不计空气阻力，物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。【方法一】若以重物下落的起始点O为原点，设重物的质量为m，测出物体自起始点O下落距离h时的速度v，则在误差允许范围内，若有

即验证了机械能守恒定律。hvO还有没有其他方法呢？A

【方法二】

若以重物下落过程中的某一点A为原点，测出物体对应于A点的速度vA

再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB

，若有

即验证了机械能守恒定律。

∆hvBOBAvA做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。如何测物体的瞬时速度?v0tvAt2tvBvC二、实验器材打点计时器、纸带、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。夹子打点计时器（50Hz）纸带重物？铁架台具体该如何操作呢？三、实验步骤--打纸带把打点计时器安装在铁架台上，并接好学生电源。把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近。接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点。重复上一步的过程，打三到五条纸带。三、实验步骤--选纸带h

=

gt2=

×9.8×0.022m<2

mm1212h

这是以纸带上第一点（起始点）为基准验证机械能守恒定律的方法。纸带上的第一个点为计时起点0，该点的速度应该为零。用验证用验证ΔhAB

我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB。若以点B为0势能点，则有：EKA＋mgΔh＝EKB三、实验步骤--选纸带四、注意事项1.实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常以后，才能松开纸带，让重物落下。2.纸带上端要用手提着静止，这样保证下落时的速度v为0。并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点。4.测量下落高度时，都必须从起点算起，为了减小测量h值的误差，选取的各计数点要离起始点远些。5.实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（注意是打点计时器的阻力）做功，所以动能的增加量∆Ek一定小于重力势能的减少量∆Ep。四、注意事项在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高h1、h2、h3、……记入表格中，各计数点123456下落高度h速度重力势能减少量动能五、实验数据处理用公式vn=（hn+1-hn-1）/2t，计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3……并记录在表中。计算各点的重力势能的减少量mgh和动能1/2mvn2，将数值填入表格内。五、实验数据处理各计数点123456下落高度h速度重力势能减少量动能rh五、实验数据处理方法一：

验证机械能守恒：rh五、实验数据处理五、实验数据处理0结论：若在误差允许的范围内，图象是一条过原点的直线，则验证了机械能守恒定律。方法二（图像法）：六、误差分析实际测得重物的重力势能减少量略大于动能的增加量重物下落过程中也受到阻力，克服阻力做功。系统误差阻力来源：（1）重物下落过程中受空气阻力；（2）纸带与打点计时器之间存在摩擦阻力。思考：在实验过程中，重物只受到重力吗？测量纸带长度时存在误差减小误差的措施：（1）多次测量取平均值；（2）依次测量后面的点与第一点之间的距离。偶然误差hh2h1OABC六、误差分析七、问题与探究问题1：本实验要不要测量物体的质量？mgh

=mv

212gh

=v

212方程两边都有质量m，可约去，可不测量物体的质量。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。七、问题与探究问题2：能否用v=gt或

求瞬时速度？1.利用v=gt求瞬时速度，因重物下落过程中受阻力影响，重物实际加速度比g小，如果用v=gt来求瞬时速度，会导致计算出的速度比实际值大，从而导致△Ek大于△EP，与事实不符；2.利用

求瞬时速度，相当于默认机械能守恒来验证机械能守恒；八、实验拓展利用频闪摄影技术：除了打点计时器，可引入频闪摄影技术。通过频闪光源对自由下落物体进行拍照，根据照片中物体在不同时刻的位置，计算物体的速度和下落高度，进而验证机械能守恒。这能让学生直观看到物体运动轨迹，还能从另一个角度理解运动和能量变化。(1)打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向，以减小摩擦阻力。(2)重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减小空气阻力的影响，从而减小实验误差。(3)实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开