8.5 实验：验证机械能守恒定律（一） 【学习目标】 1.了解验证机械能守恒定律的原理。 能设计实验方案，确定需要测量的物理量，并使用正确的方法测量相关物理量。 2.能够控制实验条件，正确进行实验操作，获取物体下落高度、速度等数据，分析动能增加量小于重力势能减少量的原因，并采取相应措施减少实验误差。 3、树立实事求是的科学态度，培养认真严谨的科学精神。 【合作研究】任务一：基本原理 1.实验思路 机械能守恒的前提是“唯功”，所以研究过程必须满足这个条件。 在这个实验中，我们将研究仅重力起作用的过程。 2、物理量测量与数据分析 当只有重力起作用时，只发生重力势能和动能的转换。 (1)待验证表达式：或=。 (2) 待测物理量：物体的两个位置之间、物体的两个位置之间。 任务二：参考案例一：研究自由落体物体的机械能实验装置如图所示。 使用计时器记录重物的自由落体运动。 物体的质量可以使用天平来测量。 纸带上两点之间的距离等于下落物体的高度差Δh。 这样就可以得到物体下落过程中重力势能的变化。 可以使用熟悉的方法从纸带上测量物体的瞬时速度，从而获得其在每个点的动能。
通过比较重物动能的变化和两点之间重力势能的变化，可以验证机械能是否守恒。 思考：（1）重物下落过程中，除了重力之外，还会受到什么阻力？ 如何减少这些阻力对实验的影响？ (2) 当重物坠落时，最好选择哪两个位置作为过程的开始和结束？ 任务三实验处理 1.数据处理 (1)计算各点对应的瞬时速度：如图B所示，根据公式，计算某点的瞬时速度vn。 (2)验证方法方法一：使用起始点和第n个点。 选择前两点距离接近2mm的纸胶带，第一个标记点为起点。 如果mghn=在实验误差允许范围内，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：选取任意两点A、B，如果在实验误差允许范围内，则力学守恒定律得到验证。 方法三：图像法（如图）。 如果图形是一条过原点且斜率为g且在实验误差允许范围内的直线，则机械能守恒定律得到验证。 2、误差分析本次实验的误差主要是纸带测量引起的偶然误差和重物与纸带运动中的空气阻力以及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。 3、注意事项 (1)安装打点器时，应保证两个限位孔的中心线在同一垂直线上，以减少摩擦阻力。 (2)应选择质量和密度较大的重物。 (3)实验时，应先接通电源，让打点定时器正常工作，然后松开纸带，让重物落下。
(4)本实验中的几种验证方法不需要测量重物的质量m。 (5) 不能使用 v=gt 或 v= 计算速度。 瞬时速度应根据纸带上测量的数据计算。 应用研究：例1 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（ ） A、必须用天平称重重锤的质量。 B. 实验过程中，松开纸带，让重物落下时，立即打开电源 C. 开始时，用手夹住纸带比用夹子夹住更有效 D.实验结果应该是动能的增加略小于重力势能的减少。 例2.在研究重物自由落体过程中机械能守恒的实验中，得到如图所示的一段纸带。 纸带最初是印刷的。 有几点不清楚。 纸带上留下的是末端的一些点。 计算重物分别撞击B点和C点时的速度。 B 点和 C 点之间的测量距离为 h。 然后验证机械能守恒。 的表达式可以写为()A。 B． C。 D. 任务4. 参考案例2 研究物体沿斜面滑动的机械能 1. 实验设备气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。 2、实验步骤如图3所示，将气垫导轨调整至倾斜状态。 当滑块沿着倾斜的气垫导轨向下滑动时，忽略空气阻力，重力势能减小免费下载7.9实验：验证机械能守恒定律教学设计，动能增大。 测量两个光电门之间的高度差Δh以及滑块通过两个光电门时的速度v1、v2，代入表达式进行验证。 3、物理量测量及数据处理 (1)测量两个光电门之间的高度差Δh； (2)根据滑块经过两个光电门时遮光条的遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两个光电门的时间。 瞬时速度。
若遮光条的宽度为ΔL，则滑块通过两个光电门时的速度分别为v1=、v2=； (3) 若在实验误差允许范围内满足mgΔh=-，则机械能守恒定律得到验证。 4、误差分析：两个光电门之间的距离稍大一些，可以减少误差； 遮光条的宽度越小，误差越小。 巩固练习 1、在“验证机械能守恒定律”的实验中免费下载7.9实验：验证机械能守恒定律教学设计，我们已经准备好了：电火花计时器、纸卷尺、秤、带铁夹的铁架英语作文，必备的器材是（ ）A.弹簧秤B 。 平衡 C． 秒表D.重锤2.“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示。 以下正确的是（ ） A. 选择密度较小的材料制成的重物 B. 先松开纸带，然后打开电源 C. 将纸带垂直穿过限位孔 D。使用 DC电源为打点定时器供电 3. 验证机械能
