資源簡介

(共22張PPT)
§8.5
驗證機械能守恒定律
《機械能守恒定律》
思考：機械能守恒的條件是什么？它有哪些表達形式？
1.條件：僅有重力或彈力做功。
2.表達式：
（1）守恒的角度：E1=E2
（2）轉化的角度：
△Ek增=
△
EP減
（3）轉移的角度：
△EA增=△
EB減
思考：我們熟知的運動中，哪些運動滿足僅有重力做功？
自由落體運動
物體沿光滑斜面下滑
小球的擺動
思考：如何驗證自由落體運動的機械能守恒？
自由落體運動
？
=
O
B
一.實驗目的
:借助自由落體運動來驗證機械能守恒定律
案例
1
思考：如圖所示，若要驗證O（重物下落的起點）點到B點機械能是否守恒需要測量哪些物理量？
？
=
h
h2
h1
O
A
B
C
？
=
需要測量起點O到A、B、C三點的距離h1、h、h2
？
=
二.實驗原理
方法一：
方法二：若以重物下落過程中的某一點A為基準，設重物的質量為m，測出物體對應于A點的速度vA?再測出物體由A點下落△h后經過B點的速度vB
則在誤差允許范圍內，由計算得出
機械能守恒定律即被驗證。
方法三：作v2/2－h圖象．
從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的v2/2，然后以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據實驗數據繪出v2/2－h圖線．
結論：若在誤差允許的范圍內，圖象是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律．
0
h
該圖象的斜率表示什么？
？
=
三、實驗器材：打點計時器、紙帶、復寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺（帶鐵夾）、學生電源等。
打點計時器
紙帶
重物
？
鐵架臺
4、選擇合適的紙帶，處理數據。
3、更換紙帶，重復幾次。
1、將打點計時器固定在鐵架臺上，把紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔。
2、用手提著紙帶使重物停靠在打點計時器附近。然后先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落。
四、實驗步驟
本實驗要不要測量物體的質量？
mgh
=
mv
2
1
2
gh
=
v
2
1
2
無需測量物體的質量
如果實驗要求計算勢能和動能的具體數據，那就必須要知道物體的質量。
問題1
紙帶上的第一個點為計時起點0
（起始點的速度應該為零，即打點計時器在紙帶上打下第一個點時紙帶剛開始下落）。
gh
=
v
2
1
2
1
2
x
=
gt2
=
×9.8×0.022m
≈2×10-3m
=
2
mm
1
2
h
起始點
對于實際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第一個點就是紙帶剛開始下落時打下的呢？
紙帶上的頭兩個點間的距離應接近2mm。
問題2
可以回避起始點嗎（即處理紙帶時可以不用到起始點嗎）?
我們可以選取A、B兩點，比較它們的機械能EA和EB。若以點B為0
勢能點，則有：
EKA＋mgΔh＝EKB
Δh
A
B
思考
如何測量物體的瞬時速度?
x
=
vA(2t)
+
a(2t)2
1
2
—
vAC
=
=
vA
+
at
x
2t
—
vB
=
vA
+
at
vB
=
vAC
v
0
t
vA
t
2t
vB
vC
做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度，等于相鄰兩點間的平均速度。
問題3
速度能不能用
v
=
2gh
或
v
=
gt
計算？
這種方法認為加速度為g
，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實際加速度必將小于g，這樣將得到機械能增加的結論，有阻力作用機械能應該是減少的，故這種方法也不能用。
這種方法是根據機械能守恒定律得到的，而我們的目的就是驗證機械能守恒定律，所以不能用。
思考
0
h
v
2
1
2
gh
=
v
2
1
2
該圖象的斜率表示什么？
為什么圖象通過原點？
實驗結論
在實驗誤差允許范圍內，重錘重力勢能減少量等于動能的增加量，即機械能守恒。
實驗中，重錘的重力勢能減小
略大于
其動能增加，其原因是下落中克服阻力做功，機械能略有減少。
思考：為什么重物的重力勢能減少量略大于動能的增加量？如何減小它們之間的誤差？
1.重物下落過程中克服阻力做功。
2.減小誤差的措施：
（1）減小重物下落時受到的空氣阻力（選擇體積小、密度大的重物）；
系統誤差
阻力來源：
（1）重物下落過程中受空氣阻力；
（2）紙帶與打點計時器之間存在摩擦阻力.
（2）用電火花計時器代替電磁打點計時器；
（3）安裝打點計時器時保證兩個限位孔豎直；
（4）釋放紙帶時，保證紙帶豎直。
誤差分析
思考：實驗中是否存在其他誤差？若存在如何減小誤差？
測量紙帶長度時存在誤差
措施：
（1）多次測量取平均值；
（2）依次測量后面的點與第一點之間的距離。
偶然誤差
h
h2
h1
O
A
B
C
案例
2
二、實驗原理
借助沿斜面下滑物體驗證機械能守恒定律
一、實驗目的
物體沿光滑斜面下滑時，雖然受到重力和斜面的支持力，但支持力與物體位移方向垂直，對物體不做功，這種情況也滿足機械能守恒的條件
物體沿光滑斜面下滑
三、實驗器材:氣墊導軌和數字計時器
氣墊導軌
光電門
數字計時器
實驗裝置所示。實驗操作中，把氣墊導軌調成傾斜狀態，滑塊沿傾斜的氣墊導軌下滑時，重力勢能減小，動能增大。測量滑塊和擋光片的質量，用光電門測量滑塊的瞬時速度。測量滑塊下降的高度
Δh
和初、末速度
v1、v2，就可以驗證機械能是否守恒
四、實驗步驟
“THANKS”

展開更多......

收起↑