8.5 實驗：驗證機械能守恒定律（一） 【學習目標】 1.了解驗證機械能守恒定律的原理。 能設計實驗方案，確定需要測量的物理量，并使用正確的方法測量相關物理量。 2.能夠控制實驗條件，正確進行實驗操作，獲取物體下落高度、速度等數據，分析動能增加量小于重力勢能減少量的原因，并采取相應措施減少實驗誤差。 3、樹立實事求是的科學態度，培養認真嚴謹的科學精神。 【合作研究】任務一：基本原理 1.實驗思路 機械能守恒的前提是“唯功”，所以研究過程必須滿足這個條件。 在這個實驗中，我們將研究僅重力起作用的過程。 2、物理量測量與數據分析 當只有重力起作用時，只發生重力勢能和動能的轉換。 (1)待驗證表達式：或=。 (2) 待測物理量：物體的兩個位置之間、物體的兩個位置之間。 任務二：參考案例一：研究自由落體物體的機械能實驗裝置如圖所示。 使用計時器記錄重物的自由落體運動。 物體的質量可以使用天平來測量。 紙帶上兩點之間的距離等于下落物體的高度差Δh。 這樣就可以得到物體下落過程中重力勢能的變化。 可以使用熟悉的方法從紙帶上測量物體的瞬時速度，從而獲得其在每個點的動能。
通過比較重物動能的變化和兩點之間重力勢能的變化，可以驗證機械能是否守恒。 思考：（1）重物下落過程中，除了重力之外，還會受到什么阻力？ 如何減少這些阻力對實驗的影響？ (2) 當重物墜落時，最好選擇哪兩個位置作為過程的開始和結束？ 任務三實驗處理 1.數據處理 (1)計算各點對應的瞬時速度：如圖B所示，根據公式，計算某點的瞬時速度vn。 (2)驗證方法方法一：使用起始點和第n個點。 選擇前兩點距離接近2mm的紙膠帶，第一個標記點??為起點。 如果mghn=在實驗誤差允許范圍內，則機械能守恒定律得到驗證。 方法二：選取任意兩點A、B，如果在實驗誤差允許范圍內，則力學守恒定律得到驗證。 方法三：圖像法（如圖）。 如果圖形是一條過原點且斜率為g且在實驗誤差允許范圍內的直線，則機械能守恒定律得到驗證。 2、誤差分析本次實驗的誤差主要是紙帶測量引起的偶然誤差和重物與紙帶運動中的空氣阻力以及打點計時器的摩擦阻力引起的系統誤差。 3、注意事項 (1)安裝打點器時，應保證兩個限位孔的中心線在同一垂直線上，以減少摩擦阻力。 (2)應選擇質量和密度較大的重物。 (3)實驗時，應先接通電源，讓打點定時器正常工作，然后松開紙帶，讓重物落下。
(4)本實驗中的幾種驗證方法不需要測量重物的質量m。 (5) 不能使用 v=gt 或 v= 計算速度。 瞬時速度應根據紙帶上測量的數據計算。 應用研究：例1 在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，下列說法正確的是（ ） A、必須用天平稱重重錘的質量。 B. 實驗過程中，松開紙帶，讓重物落下時，立即打開電源 C. 開始時，用手夾住紙帶比用夾子夾住更有效 D.實驗結果應該是動能的增加略小于重力勢能的減少。 例2.在研究重物自由落體過程中機械能守恒的實驗中，得到如圖所示的一段紙帶。 紙帶最初是印刷的。 有幾點不清楚。 紙帶上留下的是末端的一些點。 計算重物分別撞擊B點和C點時的速度。 B 點和 C 點之間的測量距離為 h。 然后驗證機械能守恒。 的表達式可以寫為()A。 B． C。 D. 任務4. 參考案例2 研究物體沿斜面滑動的機械能 1. 實驗設備氣墊導軌、數字計時器、帶有遮光條的滑塊。 2、實驗步驟如圖3所示，將氣墊導軌調整至傾斜狀態。 當滑塊沿著傾斜的氣墊導軌向下滑動時，忽略空氣阻力，重力勢能減小免費下載7.9實驗：驗證機械能守恒定律教學設計，動能增大。 測量兩個光電門之間的高度差Δh以及滑塊通過兩個光電門時的速度v1、v2，代入表達式進行驗證。 3、物理量測量及數據處理 (1)測量兩個光電門之間的高度差Δh； (2)根據滑塊經過兩個光電門時遮光條的遮光時間Δt1和Δt2，計算滑塊經過兩個光電門的時間。 瞬時速度。
若遮光條的寬度為ΔL，則滑塊通過兩個光電門時的速度分別為v1=、v2=； (3) 若在實驗誤差允許范圍內滿足mgΔh=-，則機械能守恒定律得到驗證。 4、誤差分析：兩個光電門之間的距離稍大一些，可以減少誤差； 遮光條的寬度越小，誤差越小。 鞏固練習 1、在“驗證機械能守恒定律”的實驗中免費下載7.9實驗：驗證機械能守恒定律教學設計，我們已經準備好了：電火花計時器、紙卷尺、秤、帶鐵夾的鐵架英語作文，必備的器材是（ ）A.彈簧秤B 。 平衡 C． 秒表D.重錘2.“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置如圖所示。 以下正確的是（ ） A. 選擇密度較小的材料制成的重物 B. 先松開紙帶，然后打開電源 C. 將紙帶垂直穿過限位孔 D。使用 DC電源為打點定時器供電 3. 驗證機械能