實驗目的：驗證機械能守恒定律。
實驗原理：通過實驗研究物體運動過程中動能與重力勢能的變化，從而驗證機械能守恒定律。
實驗思路：1.實驗滿足的條件:研究過程一定要滿足只有重力或彈力做功。2.減少阻力的方法:重物選取密度大、體積小的物體,可以減小空氣阻力的影響;利用氣墊導軌替代斜面等。
根據(jù)重力勢能和動能的定義,實驗中需要測量物體的質(zhì)量、物體所處位置的高度以及物體的運動速度這三個物理量。
根據(jù)選定的實驗方案和記錄的實驗數(shù)據(jù),采用以下兩種方法驗證機械能是否守恒。1.計算物體在選定位置(任意兩個位置)上動能與勢能的和是否滿足
2.計算重物在某兩點間的動能變化和勢能變化是否滿足
案例1研究自由下落物體的機械能
實驗器材：打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(帶鐵夾)、導線兩根．
注意事項：(1)安裝打點計時器時，要使兩限位孔的中線在同一豎直線上，以減小摩擦阻力．(2)應選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小,增大密度可以減小體積,可使空氣阻力的影響相對減小。(3)實驗時，應先接通電源，讓打點計時器正常工作后再松開紙帶讓重物下落．(4)重物下落過程的始點和終點應適當遠些。紙帶也不宜過長，有效長度可為60～80 cm.
案例 2研究沿斜面下滑物體的機械能
實驗器材：氣墊導軌、數(shù)字毫秒計(光電門)、氣泵、滑塊(含遮光條)、交流電源
誤差分析：(1)測量滑塊下滑高度不準確造成誤差。(2)滑塊下滑過程中不可避免地要克服阻力做功,從而導致動能的變化量略小于對應的重力勢能的變化量。
注意事項：(1)氣墊導軌的軌面不許敲、碰,如果有灰塵污物,可用棉球蘸酒精擦凈。(2)適當增大兩個光電門之間的距離。(3)滑塊內(nèi)表面光潔度很高,嚴防劃傷,更不容許掉在地上。(4)實驗時保持氣墊導軌的氣流通暢,只有氣軌噴氣,才可將滑塊放在氣軌上面;實驗完畢,先從氣軌上取下滑塊,再關氣源,以避免劃傷氣軌。
例1:某同學用圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律,其中打點計時器的電源為交流電源,其頻率為40 Hz,打出紙帶的一部分如圖乙所示。
(1)已測得s1=8.89 cm,s2=9.50 cm,s3=10.10 cm;當?shù)刂亓铀俣却笮?.8 m/s2,重物的質(zhì)量為m=1.00 kg。若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落,請計算在打點計時器打出B點時重物下落的速度大小為　　　 m/s,打出C點時重物下落的速度大小為　　　　 m/s。?(2)打點計時器打出B點到打出C點的過程中,重物增加的動能　　　　(選填“大于”“等于”或“小于”)減小的重力勢能。造成這一現(xiàn)象的原因是　　　　(填下列選項的首字母)。?A.有阻力存在 B.打點計時器打B點時的速度不為零
答案:(1)3.68　3.92　(2)小于　A　(3)實驗成功　計算過程見解析
例2：某實驗小組利用如圖裝置來驗證機械能守恒定律．在氣墊導軌上固定兩個光電門，光電門連接數(shù)字毫秒計，滑塊上固定寬度為d的遮光條．把導軌的右端墊高，測出傾角為θ.已知當?shù)刂亓铀俣葹間.
(1)實驗時，將滑塊從某處由靜止釋放．遮光條通過某光電門的時間為Δt，則滑塊通過此光電門的瞬時速度為________．(2)若通過光電門1和光電門2的速度分別為v1和v2，還需要測量________________________(并給這個物理量賦予字母)，?滿足表達式_____________________________，說明機械能守恒．?

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5 實驗：驗證機械能守恒定律

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修 第二冊

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