第五節(jié)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

1．機(jī)械能守恒定律是可以通過理論推導(dǎo)出來的定律，用實(shí)驗(yàn)不僅可檢驗(yàn)機(jī)械能守恒定律，而且還可檢驗(yàn)物理理論． 2．學(xué)會設(shè)計實(shí)驗(yàn)，通過正確理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容和____________，設(shè)計驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)．成立條件3．學(xué)會數(shù)據(jù)處理，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論．要點(diǎn)1創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計

1．用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 (1)在該實(shí)驗(yàn)中選取氣墊導(dǎo)軌、光電門、數(shù)字計時器等器材，如圖4－5－1所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置，圖中m為滑塊質(zhì)量，l為擋光板長度，G1、G2

為光電門．

圖4－5－1

(2)將滑塊從軌道上端某一處滑下，測出它通過光電門G1和G2

時的速度v1

和v2，可得到G1

到G2

這段位移中滑塊的動

(3)再算出G1

到G2

這段位移中滑塊重力勢能的減少量ΔEp，比較ΔEk

和ΔEp，得到ΔEk＝ΔEp

的結(jié)論，從而證明機(jī)械能守恒． 2．用自由落體和打點(diǎn)計時器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律圖4－5－2

(1)安裝：如圖4－5－2所示，將打點(diǎn)計時器固定在鐵架臺上，用導(dǎo)線將打點(diǎn)計時器與低壓交流電源相連接．

(2)接電源，打紙帶：把紙帶的一端在重物上用夾子固定好，另一端穿過打點(diǎn)計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計時器附近，接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后松開紙帶，讓重物自由下落．重復(fù)幾次，打下3～5條紙帶．

(3)選紙帶：選取點(diǎn)跡較為清晰的紙帶；挑選紙帶上第一個點(diǎn)及距離第一個點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)，并依次標(biāo)上0、1、2、3、… (4)數(shù)據(jù)測量：測出0到點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3、…的距離，即為對應(yīng)的下落高度h1、h2、h3、…

(5)數(shù)據(jù)處理：利用打點(diǎn)計時器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h，計算出瞬時速度v，便可驗(yàn)證物體重力勢能的減少3．利用平拋運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

(1)運(yùn)用如圖4－5－3所示的裝置，讓小球從光滑斜軌道的某一高度處由靜止開始滾下．小球離開軌道時做平拋運(yùn)動．圖4－5－3

(2)測出圖中平臺高度H、小球在光滑斜軌道上由靜止開始滾下時離平臺的高度h以及小球做平拋運(yùn)動時的水平位移s.

【例1】為進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，有下列器材可供選擇：鐵架臺、打點(diǎn)計時器、復(fù)寫紙、紙帶、低壓直流電源、天平、秒表、導(dǎo)線、開關(guān)，其中不必要的器材是___________________，缺少的器材是_____________________.

解析：打點(diǎn)計時器工作是需要用交流電源的，故低壓直流電源應(yīng)該換成低壓交流電源；在該實(shí)驗(yàn)中，物體的質(zhì)量可以不用測量，用不到天平；打點(diǎn)計時器已經(jīng)起到計時的作用了，秒表多余，而且打點(diǎn)計時器比秒表計時更精確．低壓交流電源、重錘、

答案：低壓直流電源、天平、秒表刻度尺

1．如圖4－5－4所示，光滑水平軌道與光滑圓弧軌道相切，輕彈簧的一端固定在軌道的左端，OP是可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動的輕桿，且擺到某處就能停在該處；另有一小鋼球(可看做質(zhì)點(diǎn))．現(xiàn)在利用這些器材測定彈簧被壓縮時的彈性勢能．圖4－5－4重力質(zhì)量(1)還需要的器材是______、_______．天平刻度尺

(2)以上測量實(shí)際上是把對彈性勢能的測量轉(zhuǎn)化為對___________的測量，進(jìn)而轉(zhuǎn)化對______和______的直接測量．高度勢能要點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及數(shù)據(jù)分析

1．落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的注意事項(xiàng) (1)安裝打點(diǎn)計時器時，必須使穿紙帶的兩限位孔在同一豎直線上，以減少紙帶和限位孔的摩擦． (2)紙帶應(yīng)保持豎直，平直不卷曲，避免人為增大摩擦阻力． (3)紙帶選?。狐c(diǎn)跡清晰、點(diǎn)成一線及第1、2點(diǎn)間間距接近2mm這樣的紙帶最合適． (4)測量下落高度時，必須從起點(diǎn)開始算．

測量，物體的質(zhì)量選取要盡量大些，以減小因摩擦造成的相對誤差．(6)數(shù)據(jù)計計算時，應(yīng)注注意重力加速速度g取當(dāng)?shù)氐闹担?，而我們的的?shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘球?yàn)證機(jī)械能能守恒定律，，顯然，運(yùn)用用該式求解速度不不妥．(8)不能用用公式v＝gt求物體下落速速度．該式認(rèn)認(rèn)為物體下落落的運(yùn)動加速度度為g，而實(shí)際上在在實(shí)驗(yàn)中不可可避免地受到到各種摩擦力的作用，，如計時器的的限位孔與紙紙帶的阻力等等．因此下落落的加速度必將小小于g，而下落高度度是直接測量量值．這樣得得到的是機(jī)械能增加的的結(jié)論，而有有阻力作用時時機(jī)械能應(yīng)為為減小的，故故這種方法不能使使用．2．紙帶打點(diǎn)點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析析(1)vn＝hn＋1－h(huán)n－12T，即物體在做做勻變速直線線運(yùn)動時，某某一中間時刻的瞬時時速度等于過過程中的平均均速度，這種種方法能準(zhǔn)確確地反映實(shí)驗(yàn)的實(shí)實(shí)際，直接從從紙帶中求出出實(shí)際速度，，因此在數(shù)據(jù)據(jù)處理中，我們可可以使用該種種方法．(2)數(shù)據(jù)處處理除了數(shù)學(xué)學(xué)分析以外，，還可以用作作圖法來進(jìn)行行處理．【例2】在“驗(yàn)證機(jī)械械能守恒定律律”的實(shí)驗(yàn)中中，已知打點(diǎn)點(diǎn)計時器所用電源的的頻率為50Hz，查查得當(dāng)?shù)氐闹刂亓铀俣萭＝9.8m/s2，測得所用重物物的質(zhì)量為1.00kg，實(shí)驗(yàn)中中得到的一條條點(diǎn)跡清晰的的紙帶如圖4－5－5所所示，把第一一個點(diǎn)記為O，另選連續(xù)的的4個點(diǎn)A、B、C、D作為測量點(diǎn)點(diǎn)，待測量量后得到A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分分別為62.99cm、70.18cm、、77.76cm、85.73cm.根據(jù)據(jù)以上數(shù)據(jù)，，可知重物物由O點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)，重力勢勢能的減少少量等于________J，動能能的增加量量等于________J．．(取三位位有效數(shù)字字)圖4－－5－－5思路路點(diǎn)點(diǎn)撥撥：：重力力勢勢能能的的減減少少量量等等于于mgh,O為第第一一個個點(diǎn)點(diǎn)，，動動能為為零零，，動動能能的的增增加加量量等等于于C點(diǎn)的的動動能能，，所所以以從從紙紙帶帶數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)求求C點(diǎn)的的速速度度后后可可得得動動能能的的增增加加量量．．由O點(diǎn)到C點(diǎn)，重力勢能的減少量為ΔEp＝mghc＝1.00×9.8×77.76×10－2J＝7.62J

解析：交流電源頻率f＝50Hz，則答案案：：7.627.572．．在在用用落落體體法法驗(yàn)驗(yàn)證證機(jī)機(jī)械械能能守守恒恒定定律律的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中中：：(1)所所用用重重錘錘的的質(zhì)質(zhì)量量m＝1.0kg，，50Hz，打下的紙帶如圖4－5－6所示(圖中的數(shù)據(jù)為從起始點(diǎn)O到該點(diǎn)的距離)，則在打B點(diǎn)時，重錘的速度vB＝______m/s，重錘的動能EkB＝_____J，從開始下落到打B點(diǎn)時，重錘的勢能