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8.5
实验：验证机械能守恒定律
2020-2021学年度人教版高中物理必修2
第八章
机械能守恒定律
1、什么叫机械能守恒？
2、机械能守恒的条件是什么？
3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？
质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零参考面，经过A、B两点的速度分别为VA和VB，A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。
4、如何推导机械能守恒的表达式？
知识回顾
实验思路
机械能守恒条件：只有重力或弹力做功
研究过程
1、物体沿光滑斜面下滑
2、用细线悬挂的小球摆动
3、物体自由下落
……
物理量的测量
重力势能:
弹性势能
动能：
势能Ep
机械能E=EK+EP
物体由于运动而具有的能叫做动能
Ek=mv2/2
Ep=mgh
速度的测量
高度的测量
质量的测量？
数据分析
机械能守恒
或
参考案例
1
研究自由下落物体的机械能
物体的质量可以用天平测出。
纸带上某两点的距离等于物体下落的高度差
Δh，这
样就能得到物体下落过程中重力势能的变化。
物体的瞬时速度可以用大家熟悉的方法从纸带测出，
从而得到它在各点的动能。
比较重物在某两点间动能的变化与重力势能的变化，
就能验证机械能是否守恒
参考案例
1
研究自由下落物体的机械能
实验中需要注意的问题：
重物下落过程中，除了重力外会受到哪些阻力？
怎样减少这些阻力对实验的影响？
重物下落时，最好选择哪两个位置作为过程的开
始和结束的位置？
参考案例
1
研究自由下落物体的机械能
本实验要不要测量物体的质量？
mgh
=
mv
2
1
2
gh
=
v
2
1
2
无需测量物体的质量
如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。
参考案例
1
研究自由下落物体的机械能
实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。
夹子
打点计时器
纸带
重物
？
铁架台
实验器材
参考案例
1
研究自由下落物体的机械能
1．把打点计时器安装在铁架台上，用导线将学生电源和打点计时器接好．
2．把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近．
3．接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点．
4．重复上一步的过程，打三到五条纸带．
5．选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2
mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高度h1\h2\h3，……记人表格中．
实验步骤
参考案例
1
研究自由下落物体的机械能
6．用公式vn=hn+1+hn-1/2t，计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3……并记录在表格中．
7．计算各点的重力势能的减少量mgh。和动能的增加量，并进行比较．看是否相等，将数值填人表格内．
测量点n
1
2
3
4
5
6
高度hn
/m
速度vn
/m/s
势能EP
/J
动能EK
/J
实验步骤
参考案例
1
研究自由下落物体的机械能
纸带上的第一个点为计时起点0
（起始点的速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落）。
gh
=
v
2
1
2
1
2
x
=
gt2
=
×9.8×0.022m
≈2×10-3m
=
2
mm
1
2
h
起始点
对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？
纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。
思考与讨论
参考案例
1
研究自由下落物体的机械能
可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?
我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB。若以点B为0
势能点，则有：
EKA＋mgΔh＝EKB
Δh
A
B
思考与讨论
参考案例
1
研究自由下落物体的机械能
如何测量物体的瞬时速度?
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
做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。
思考与讨论
参考案例
1
研究自由下落物体的机械能
速度能不能用
v
=
2gh
或
v
=
gt
计算？
这种方法认为加速度为g
，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于g，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用。
这种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。
思考与讨论
参考案例
1
研究自由下落物体的机械能
0
h
v
2
1
2
gh
=
v
2
1
2
该图象的斜率表示什么？
为什么图象通过原点？
图像法处理数据
参考案例2
研究沿斜面下滑物体的机械能
利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下滑的运动过程。
气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间
有一层薄薄的空气层，两者不会直接接触。这样，滑块运动时受到的阻力很小，实验
的精确度能大大提高。
实验中，测量滑块和挡光片的质量，用光电门
测量滑块的瞬时速度。测量滑块下降的高度
Δh
和初、末速度
v1、v2，就可以验证机
械能是否守恒。
在利用重锤自由下落来“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s2，测得所用重物的质量为0.50kg，打出如图所示纸带．则
(1)纸带的______端与重物相连；(填“左”或“右”)
(2)从起点OO到打下计
数点B的过程中重力势能减少
量是ΔEp=______J，此过程中物体动能的增加量
ΔEk=______J.(计算结果均保留三位有效数字)
左
0.245
0.240
重力势能减小与动能增加为什么不一样？
课堂练习
谢谢聆听
