内容正文：
第八章 机械能守恒定律
第5节 验证机械能守恒定律
学习目标
1.验证机械能守恒定律．
2.熟悉瞬时速度的测量方法．
3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因．
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目录 /CONTENTS
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实验思路
物理量的测量
方案设计示例
新课引入
机械能守恒定律告诉我们，在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化时总的机械能保持不变。下面我们通过实验来研究物体运动过程中动能与重力势能的变化，从而验证机械能守恒定律。
上一节课我们只是从物理学知识推导出机械能守恒定律，物理学是一门实验科学，任何规律、公式都要经得起实验的验证，本节通过实验来验证机械能守恒的定律，进一步加深对该规律的理解。
一、实验思路
在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
小球的摆动
x
y
平抛运动
钩码拉动滑块的运动
自由落体运动
二、物理量测量
研究对象确定后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。根据重力势能和动能的定义，很自然地想到，需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度这三个物理量。
三、方案设计示例
1、实验原理
（1）在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变．若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh， 动能的增加量为 mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律．
三、方案设计示例
1、实验原理
（2）速度的测量：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vt＝ 计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn＋1，由公式vn＝ 或vn＝ 算出，如图实所示．
三、方案设计示例
2、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。
打点计时器
纸带
重物
铁架台
？
三、方案设计示例
问题1：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。
三、方案设计示例
gh =
v 2
1
2
h
起始点
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）。
1
2
x = gt2 = ×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm
1
2
问题2：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？
三、方案设计示例
问题3：如何测量物体的瞬时速度?
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。
三、方案设计示例
4、实验步骤
（1）器材安装：如图所示，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，此时电源开关应为断开状态．
三、方案设计示例
4、实验步骤
（2）打纸带：把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，应先接通电源，.待计时器打点稳定后再松开纸带，让重物自由下落，打点 计时器就在纸带上打出一系列的点．取下纸带，换上新的纸带重打几条(3条～5条)．
（3）选纸带：分两种情况说明
①应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带，若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的．这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选．
三、方案设计示例
4、实验步骤
（3）选纸带：分两种情况说明
②用 ＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用。
（4）求瞬时速度
在第一个打点上标出O，并从稍靠后的某一点开始，以后每隔四个点依次标出1、2、3、4…并量出各点到位置O的距离h1、h2、h3、h4….用公式vn＝ 计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3、v4 ….
三、方案设计示例
各计数点 1 2 3 4 5 6
下落高度hn/m
速度vn/m·s-1
重力势能Ep/J
动能Ek/J
两者比较
4、实验步骤
三、方案设计示例
三、方案设计示例
（5）守恒验证
方法一：利用起始点和第n点计算．代入ghn和如果在实验误差允许的范围内，ghn＝ 则说明机械能守