老师
大家好,这节课我们来学习一下如何通过实验来验证机械能守恒定律。本节课的学习目标及任务,一、理解实验的设计思路,明确实验中需要测量的物力量。二、知道如何进行实验操作。三、会选取合适的测量点,能根据实验中打出的纸袋测定物体下落的距离,知道物体运动的瞬时速度的测量方法。四、能通过实验数据分析得出结论,能定性地分析产生误差的原因。首先我们来看一下机械能守恒定律的内容。在只有重力或弹力做工的物体系统内,动能和势能可以互相转化,而总的机械能保持不变。那么如何通过实验验证机械能守恒定律?首先我们需要选择一个符合要求的系统和过程,看是否满足机械能守恒的表达式。什么样的系统和过程是符合要求的,就是系统内只有重力或弹力做工的过程。
老师
我们再来回忆一下机械能守恒定律的表达式。机械能守恒定律的表达式通常有两种基本形式, m g H1 加上 1/ 2 m v,一方等于 m g H,二加上 1/ 2 m v,二方两个状态的机械能相等。另外一个基本形式是 MGH 等于 1/ 2 m v,二方减去 1/ 2 MV,一方减少的重力势能等于增加的动能。因为第二种定律的表达形式在列方程的时候不需要选取零势能面,所以是我们经常采用的一种列方程的方式。
老师
方程中 h 就是出没状态的高度差,我们再来思考一下什么样的系统和过程满足只有重力或弹力做工,大家可以暂停思考一下。地球表面附近的物体做自由落体运动的时候,在这个过程中只有重力做工。再比如物体炎光滑,斜面下滑,此时物体受到两个力的作用,一个是重力,一个是支持力。但是在这个过程中,支持力不做功,只有重力做工。再比如细线悬挂的小球摆动的过程,在这个过程中小球受到拉力和重力的作用,但是拉力不做功也是只有重力做功的过程。
老师
这样的过程很多,我们在验证机械能守恒定律的时候,可以任选一个过程来进行验证。这节课我们就选择自由落体运动来验证机械能守恒定律,大家看这个图片,这是小球做自由落体运动的频闪照片。假如小球从 o 点运动到 a 点,这个过程当中如果 MGH 等于 1/ 2 MVA 方减去 1/ 2 MVO 方,那么就说明这个过程是机械能守恒的。所以我们需要做的工作就是通过实验的方法去看一下在这个过程当中, MGH 是多少,再看一下 1/ 2 MVA 方减去 1/ 2 MVO 方是多少,如果这两部分相等,我们就验证了在这个过程中机械能是守恒的。
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