2012高一物理课件：第四章 第五节 验证机械能守恒定律 （粤教版必修2）

(共18张PPT)
第五节 验证机械能守恒定律
验证机械能守恒定律
1．机械能守恒定律是可以通过理论推导出来的定律，用实
验不仅可检验机械能守恒定律，而且还可检验物理理论．
2．学会设计实验，通过正确理解机械能守恒定律的内容和
____________，设计验证实验．
成立条件
3．学会数据处理，从实验结果中分析数据，得出结论．
要点1
创新实验方案设计
1．用气垫导轨验证机械能守恒定律
(1)在该实验中选取气垫导轨、光电门、数字计时器等器材，
如图 4－5－1 所示安装实验装置，图中 m 为滑块质量，l 为挡
光板长度，G1、G2 为光电门．
图 4－5－1
(2)将滑块从轨道上端某一处滑下，测出它通过光电门 G1
和 G2 时的速度 v1 和 v2，可得到 G1 到 G2 这段位移中滑块的动
(3)再算出 G1 到 G2 这段位移中滑块重力
势能的减少量ΔEp，比较ΔEk 和ΔEp，得到ΔEk
＝ΔEp 的结论，从而证明机械能守恒．
2．用自由落体和打点计时器验证机械能
守恒定律
图 4－5－2
(1)安装：如图 4－5－2 所示，将打点计
时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器
与低压交流电源相连接．
(2)接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，
另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在
打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物
自由下落．重复几次，打下 3～5 条纸带．
(3)选纸带：选取点迹较为清晰的纸带；挑选纸带上第一个
点及距离第一个点较远的点，并依次标上 0、1、2、3、…
(4)数据测量：测出 0 到点 1、点 2、点 3、…的距离，即为
对应的下落高度 h1、h2、h3、…
(5)数据处理：利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下
落的高度 h，计算出瞬时速度 v，便可验证物体重力势能的减少
3．利用平抛运动验证机械能守恒定律
(1)运用如图 4－5－3 所示的装置，让小球从光滑斜轨道的
某一高度处由静止开始滚下．小球离开轨道时做平抛运动．
图 4－5－3
(2)测出图中平台高度 H、小球在光滑斜轨道上由静止开始
滚下时离平台的高度 h 以及小球做平抛运动时的水平位移 s.
【例1】为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列
器材可供选择：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、低压直
流电源、天平、秒表、导线、开关，其中不必要的器材是
___________________，缺少的器材是_____________________.
解析：打点计时器工作是需要用交流电源的，故低压直流
电源应该换成低压交流电源；在该实验中，物体的质量可以不
用测量，用不到天平；打点计时器已经起到计时的作用了，秒
表多余，而且打点计时器比秒表计时更精确．
低压交流电源、重锤、
答案：低压直流电源、天平、秒表
刻度尺
1．如图 4－5－4 所示，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，
轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP 是可绕 O 点转动的轻杆，
且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球(可看做质点)．现在
利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能．
图 4－5－4
重力
质量
(1)还需要的器材是______、_______．
天平
刻度尺
(2)以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对_____
______的测量，进而转化对______和______的直接测量．
高度
势能
要点2
实验注意事项及数据分析
1．落体法验证机械能守恒定律的注意事项
(1)安装打点计时器时，必须使穿纸带的两限位孔在同一竖
直线上，以减少纸带和限位孔的摩擦．
(2)纸带应保持竖直，平直不卷曲，避免人为增大摩擦阻力．
(3)纸带选取：点迹清晰、点成一线及第 1、2 点间间距接
近 2 mm 这样的纸带最合适．
(4)测量下落高度时，必须从起点开始算．
测量，物体的质量选取要尽量大些，以减小因摩擦造成的相对
误差．
(6)数据计算时，应注意重力加速度 g 取当地的值．
的，而我们的实验目的是验证机械能守恒定律，显然，运用该
式求解速度不妥．
(8)不能用公式 v＝gt 求物体下落速度．该式认为物体下落
的运动加速度为 g，而实际上在实验中不可避免地受到各种摩
擦力的作用，如计时器的限位孔与纸带的阻力等．因此下落的
加速度必将小于 g，而下落高度是直接测量值．这样得到的是
机械能增加的结论，而有阻力作用时机械能应为减小的，故这
种方法不能使用．
2．纸带打点数据的分析
(1)vn＝
hn＋1－hn－1
2T
，即物体在做匀变速直线运动时，某一中
间时刻的瞬时速度等于过程中的平均速度，这种方法能准确地
反映实验的实际，直接从纸带中求出实际速度，因此在数据处
理中，我们可以使用该种方法．
(2)数据处理除了数学分析以外，还可以用作图法来进行处
理．
【例2】在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时
器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度 g＝9.8 m/s2，
测得所用重物的质量为1.00 kg，实验中得到的一条点迹清晰的
纸带如图 4－5－5所示，把第一个点记为O，另选连续的4 个点
A、B、C、D作为测量点，待测量后得到A、B、C、D 各点到O
点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根据
以上数据，可知重物由 O 点运动到 C 点，重力势能的减少量等
于________J，动能的增加量等于________J．(取三位有效数字)
图 4－5－5
思路点拨：重力势能的减少量等于mgh, O 为第一个点，动
能为零，动能的增加量等于 C 点的动能，所以从纸带数据求C
点的速度后可得动能的增加量．
由O 点到C 点，重力势能的减少量为
ΔEp＝mghc＝1.00×9.8×77.76×10－2
J＝7.62 J
解析：交流电源频率f＝50 Hz，则
答案：7.62
7.57
2．在用落体法验证机械能守恒定律的实验中：
(1)所用重锤的质量 m＝1.0 kg，打点计时器所用电源频率为
50 Hz，打下的纸带如图4－5－6所示(图中的数据为从起始点 O
到该点的距离)，则在打 B 点时，重锤的速度 vB＝______m/s，
重锤的动能 EkB＝_____J，从开始下落到打 B 点时，重锤的势能
减少量是_____J.(取两位有效数字)
0.79
0.31
0.32
图 4－5－6
(2)根据纸带算出各点的速度 v，量出下落距离 h，则以 v2
为纵轴，以 h 为横轴，画出的图线应是下图所示中的(
)
答案：C