4.2.2 研究机械能守恒定律(二)
——实验探究：验证机械能守恒定律
[学习目标] 1.理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量.2.知道实验中选取测量点的有关要求，会根据纸带测定物体下落的高度，掌握测量瞬时速度的方法.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.
一、实验原理
只有重力对物体做功的过程，比较物体重力势能的变化量与动能变化量，若满足ΔEp＝－ΔEk，则说明机械能守恒. 二、两种验证方案
方案一 用单摆和DIS装置验证机械能守恒 1.实验步骤
(1)如图1，在铁架台上端用铁架悬挂一个摆球. (2)在方格纸上确定4至5个点作为测量点. (3)安装光电传感器，并使之与数据采集器相连接.
图1
(4)让摆球从某一高度向下摆动.分别测定摆球在摆动过程中任意时刻的动能和重力势能. (5)研究每一个测量点上机械能的总量有什么特点. 2.注意事项
(1)小球运动时，应使其轨迹在一竖直面内，避免做圆锥摆运动. (2)调整带方格纸的木板，应使其竖线在竖直方向上.
(3)为准确测定小球在各位置的瞬时速度，可在小球下部安置一块挡光片，并确保挡光片在竖直面内.
方案二 用自由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒 1.实验步骤
(1)安装置：按图2甲把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好.
图2
(2)打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，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附近.先接通电源后放手，让重物拉着纸带自由下落.重复几次，得到3～5条打好点的纸带.
(3)选纸带：从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，在起始点标上0，以后任取间隔相同时间的点依次标上1、2、3…….
(4)测距离：用刻度尺测出0到1、2、3……的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3……. 2.数据处理
(1)计算各点对应的瞬时速度：根据公式vn＝
hn＋1－hn－1
，计算出1、2、3…n点的瞬时速度v1、2Tv2、v3…vn.
(2)机械能守恒定律验证 方法一：利用起始点和第n点.
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如果在实验误差允许范围内ghn＝vn，则机械能守恒定律得到验证.
2方法二：任取两点A、B.
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如果在实验误差允许范围内ghAB＝vB－vA，则机械能守恒定律得到验证.
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高中物理第4章能量守恒与可持续发展4-2-2研究机械能守恒定律二教学案沪科版必修2
