高中物理验证机械能守恒定律实验
高中物理验证机械能守恒定律实验教案学案
§9 实验：验证机械能守恒导学案【学习目标】：1.知识与技能（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，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法.(3)能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析中得出实验结论.(4)能定性的分析产生误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差.2.过程与方法（1）运用实验验证机械能守恒定律，体会科学探究的方法.（2）引导学生掌握实验的研究方法，培养科学的素养。
3.情感态度与价值观(1)通过实验培养对科学研究的兴趣.(2)通过实验培养学生实事求是的态度，为树立科学的世界观和人生观奠定基础。
【课前预习案】1.温故知新：（1）在只有_____或_____弹力做功的物体系统内，_____和_____可以相互转化，而_______________保持不变. 这叫做机械能守恒定律.（2）机械能守恒定律的表达式：_________________________: _______________________; _________________________ 2.自主预习：如图所示，一个物体的质量为ｍ，初速度为v1，在与运动方向相同的恒力F（不计摩擦阻力）的作用下发生一段位移l，速度增大到v2，则：①力F对物体所做的功多大?②物体的加速度多大?③物体的初速、末速、位移之间有什么关系?④结合上述三式你能综合推导得到什么样的式子?解析：①力对物体做的功为：W ＝__________ ② 根据牛顿第二定律有______________③根据运动学公式有________________________④W=_____=___________________=____________________分析概括：合力F 所做的功等于_______这个物理量的变化；又据功能关系，F 所做的功等于物体______的变化，所以在物理学中就用______________这个量表示物体的动能。
【高中物理实验】实验：验证动量守恒定律+验证机械能守恒
实验六验证动量守恒定律【实验目的】验证动量守恒定律。
【实验器材】斜槽、质量不同的两小球，白纸，复写纸，天平，圆规，重锤线，游标卡尺，刻度尺。
【实验步骤】1．〖测两球质量〗先用天平测出小球的质量m1、m2。
2．〖安装和调整器材〗按右图安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切线水平的。
把被碰小球放在斜槽前边的不支柱上，调节实验装置使两小球相碰时处于同一高度，碰撞后的速度方向在同一水平直线上。
在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸。
表示入射小球的球心在纸上的垂直投影。
4．〖测P点〗先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有小球落点圈在里面，圆心P就是入射球碰前落点的平均位置。
5．〖测M、N点〗把被碰球放在小支柱上，让入射球从原来的高度滚下，使它们发生正碰，重复实验10次，用同样的方法标出碰撞后入射球和被碰球落点的平均位置M、N。
6．〖画O'点〗过ON在纸上作一直线，取OO'＝2r，O'就是被碰球的球心在纸上的垂直投影。
7．〖测量及验证〗用刻度尺量出线段OM、OP、O'N的长度（即为相应的速度），把两小球的质量和相应的速度数据代入m1OP＝m1OM＋m2O'N式中，判断等式是否成立。
【注意点】⑴本实验是一个验证性实验，通过数据的测量和比较它们的关系验证动量守恒定律。
实验中采用小球落地水平位移替代水平速度，可以使实验过程更加简单。
用地上铺白纸和复写纸的方法得到小球的落地点。
⑵实验时要先用天平测出小球的质量m1、m2，其目的是供选择质量大的球作为入射球。
⑶实验中为了减小误差，实验中要求：①槽的末端切线水平，使小球做平抛运动；入射球从斜槽上同一高度处滚下，保证每次的初速度相同；两小球相碰时处于同一高度，使两球都做平抛运动。
②小球落地点位置用求另一种平均位置的方法，即用圆规画尽可能小的圆把所有小球落点圈在里面，圆心P就是入射球碰前落点的平均位置的方法。
高中物理实验验证机械能守恒定律必修
谢谢大家！
_在__误__差__允___许__范__围___内__机__械___能__守__恒_．．
练习2.在验证机械能守恒定律时，将重物自由下落，
纸带记录如图所示．（计算结果取2位有效数字）
T=0.02s图中纸带左端为与重物相连端，0点为重物静
止时所记录的点，ABC三个记数点为打点计时之点，
则VB重=_物(_A_下B__+落_B_hC_B_)/距2T离时进，行其计速算度，V根B可据用图计示算数式据求出 VB=__________m/s；重物重力势能减少量为 ___________，动能增加量为__________________，两 者不完全相同的原因是_打__点__计__时__器__,_刻__度__尺__．实验中
2、实验原理
O
研究在自由落体运动中：
？ Ek＝Ep
方案1：从起点开始计算
h A v1
1 mv2 ? mgh 2
B h
方案2：从一般位置开始计算
C
12mv22-12mv12 ? mgh
v
D
v2
思考题：
1、该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是 第一点O为计时起点，O点的速度应为零。
怎样判别呢？ x12 2mm
2、如何测量瞬时速度
x v中时 v 2T
思考题：
3、是否需要测量重物的质量？
重物是否可以随意选择？ 1 mv2 mgh 2
4、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？
打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在 同一竖直平面内，尽量减少摩擦阻力
思考题：
高中物理第八章机械能守恒定律5实验：验证机械能守恒定律课后作业含解析
实验:验证机械能守恒定律限时:45分钟一、单项选择题1．利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h，某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，其中最合理的是(D）A．用刻度尺测出物体下落高度h,并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度vB．用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v＝错误!计算出瞬时速度C．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度，并通过h＝错误!计算出高度hD．用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v解析：选项A、B、C中用匀变速直线运动公式求v及h，这样得到的v、h不是实验直接测量数据,不能达到验证机械能守恒定律的目的．2．在“验证机械能守恒定律"的实验中，下列说法正确的是（D）A．实验中不需要天平和刻度尺B．实验时应先放开纸带，再接通电源C．打点计时器应接在电压为4~6 V的直流电源上D．测量下落高度时,选取的各点应距起始点适当远一些解析：实验中不需要测量物体的质量，因此不需要天平,但需要测量纸带上计数点之间的距离，因此需要刻度尺,选项A错误;实验时应先接通电源，后放开纸带，选项B错误；打点计时器应接在交流电源上,选项C错误；为减小偶然误差，选取的各点应距起始点适当远一些，选项D正确．3．在研究重物自由下落过程中机械能守恒的实验中，得到如图所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚,纸带上留下的是后面的一些点．算出打下B、C两点时重物的速度分别是v B、v C，测得B、C两点间的距离为h，那么验证机械能守恒的表达式可写为（B)A．gh＝v2C－v2B B．gh＝错误!v错误!－错误!v错误!C．v C＝v B＋gT D．v错误!＋v错误!＝2gh解析：从B运动到C的过程中，重力势能的减少量为ΔE p ＝mgh，动能的增加量为ΔE k＝错误!mv错误!－错误!mv错误!，所以验证机械能守恒的表达式为mgh＝错误!mv错误!－错误!mv错误!，即gh＝错误! v2，C－错误!v错误!，选项B正确．4．在利用打点计时器和重物做“验证机械能守恒定律"的实验时，下列说法正确的是（C)A．重物的质量必须测出才能完成验证实验B．选取纸带时必须挑选第一、二两点间距离接近2 mm的纸带C．处理数据时可以避开纸带上初始时较密集的几点，选择后面合适的两点进行测算与验证D．利用图像法处理实验数据时,应在坐标系中画出v－h图像解析：由“验证机械能守恒定律”的实验原理及数据处理方法可知,选项C正确．5．在做“验证机械能守恒定律"的实验时，发现重物减少的重力势能总是略大于重物增加的动能，造成这种现象的原因是（C）A．选用的重物质量过大B．选用的重物质量过小C．空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力D．实验时操作不规范，实验数据测量不准确解析：造成题中所述误差的主要原因是来自于各方面的阻力，选项C正确．二、多项选择题6．在“验证机械能守恒定律”的实验中,有关重物的质量，下列说法中正确的是（AC)A．应选用质量较大的重物，使重物和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力B．应选用质量较小的重物，使重物的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动C．不需要称量重物的质量D．必须称量重物的质量,而且要估读到0.01 g解析：本实验的原理是利用重物自由下落验证机械能守恒定律，因此重物的质量应取得大一些，使重物和纸带所受的阻力与重物所受的重力相比可以忽略不计，从而保证重物和纸带做自由落体运动，选项A正确，B错误；重物下落过程中机械能守恒,设重物的质量为m，下落距离h时的速度为v，则有错误! mv2＝mgh，故有v2＝2gh，分别计算对应的v2和2gh,即可验证机械能守恒定律是否成立，不需要测量重物的质量，故选项C 正确，D错误．7．用自由落体运动“验证机械能守恒定律”，就是看12mv错误!是否等于mgh n，计数点的编号为0、1、2、…、n。
8.5 实验：验证机械能守恒定律 课件-2023年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
课外拓展
（1）从纸带上打下计数点5时的速度v=__2_.4__m/s；
（2）从打下第“0”点到打下第“5”点的过程中系统动能
的增量△Ek=__0_.5_8__J，系统势能的减少量△EP=__0_.6_0__J ；
（当地的重力加速度g取10m／s2）
（3）若某同学作出
1 2
v2—h图象如图所示，则当地的重力加
在距离O点较近处选择几个连续的计数点，并计算出各点的速度值
E.测出各计数点到O 点的距离，即得到重锤的下落高度
F.计算出mghn和
1 2
mvn2，看两者是否相等
五、【应用规律，反思改进】
在以上步骤中，不必要的步骤是____A____； 有错误或不妥的步骤是____B_C__D_F_____。（填写代表字母） 更正情况是： ①_B__中__手__应__抓___住__纸__带__末___端__，__让__重___锤__尽__量__靠___近__打__点__计__时___器__； ②_C__中__应__先___接__通__电__源___，__再__松__开___纸__带______________________； ③_D__中__应___选__取__离__O__点__较__远___的__点___________________________；
重物自由下落的高度h及对应的瞬时速度v，
计算出重物减少的重力势能mgh和增加的动能
1 2
mv2 ，然后进
行比较，如果两者相等或近似相等，即可验证重物自由下落
过程中机械能守恒。请根据实验原理和步骤完成下列问题：
五、【应用规律，反思改进】
(1)关于上述实验，下列说法中正确的是____B_C___. A.重物最好选择密度较小的木块 B.重物的质量可以不测量 C.实验中应先接通电源，后释放纸带 D.可以利用公式 v＝ 2gh来求解瞬时速度
新教材2023年高中物理第8章机械能守恒定律5实验：验证机械能守恒定律课件新人教版必修第二册
则 Ep＝Ek＝12mv2＝12mk′2x2，
因此弹簧的弹性势能与弹簧的压缩量的平方成正比。
课堂达标检测
1．(2021·福建省福州格致中学高一月考)如图是用“落体法”验证 机械能守恒定律的实验装置如图甲所示。(g取9.8 m/s2)
A．重锤的质量
B．重力加速度
C．重锤下落的高度
D．与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度
(2)有同学按以下步骤进行实验操作： A．用天平称出重锤和夹子的质量； B．固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提 住，且让手尽量靠近打点计时器； C．松开纸带，接通电源，开始打点。并如此重复多次，以得到几 条打点纸带； D．取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距离O点较 近处选择连续几个计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值； E．测出各点到O点的距离，即得到重锤下落的高度。 F．计算出 mghn 和12mv2n，看两者是否相等。
考点二 实验数据处理 典题2 在用落体法做“验证机械能守恒定律”的实验中，重锤
的质量为0.400 kg，取g＝10 m/s2，完成下列填空：(计算结果保留3位有 效数字)
(1)释放纸带前，重锤和手的合理位置是__C__；
图1
(2)正确操作后，选取的纸带如图2所示，图中O为起始点且速度为
零。A ～ G为纸带上的连续点，D、E、F与O的距离分别如图所示。已
知计时器的打点周期为0.02 s，由此可计算出物体下落到E时的速度vE＝ _3_._0_4___m/s；
(3)从O到E，重锤动能的增加量ΔEk＝__1_.8_5___J；重力势能的减少量 ΔEp＝___1_.9_5__J。
高中物理 第七章 机械能守恒定律 第9节 实验：验证机械能守恒定律学案 新人教版必修2-新人教版高一
第9节 实验,：验证机械能守恒定律[知识概要]一、实验目的1．会用打点计时器打下的纸带计算物体的运动速度和位移．2．探究自由落体运动物体的机械能守恒．二、实验原理让物体自由下落，在忽略阻力情况下，探究物体的机械能守恒，有两种方案探究物体的机械能守恒：1．以物体下落的起始点O 为基准，测出物体下落高度h 时的速度大小v ，若12mv 2＝mgh 成立，则可验证物体的机械能守恒．2．测出物体下落高度h 过程的初、末时刻的速度v 1、v 2，若关系式12mv 22－12mv 21＝mgh 成立，则物体的机械能守恒.一、实验目的验证机械能守恒定律．二、实验原理在自由落体运动中，若物体下落高度h 时的速度为v ，则有mgh ＝12mv 2．故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度h 和该时刻的瞬时速度v ，即可验证机械能守恒定律．三、实验器材铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带纸带夹)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、学生电源．四、实验步骤1．按图所示把打点计时器固定在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好．2．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附近．3．先接通电源，后松开手，让重物带着纸带自由下落．4．重复几次，得到3～5条打好点的纸带．5．选取点迹较为清晰，且第1、2两计时点间距接近 2__mm 的一条纸带，纸带上第1个点记为O ，然后在距离点O 较远的地方选取相等时间间隔的点，依次标上1、2、3…用刻度尺测出对应的下落高度h 1、h 2、h 3…6．计算出各点对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3…7．计算出各点对应的势能减少量mgh n ，并和动能增加量12mv 2n 进行比较.要点1|注意事项和误差分析1．注意事项(1)实验中安装打点计时器时，限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力．打点计时器离地面高度约1 m ，实验用的纸带60 cm 左右即可．(2)实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常以后才能松开纸带，让重物下落．(3)纸带上端要用手提着使其静止，这样可保证下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点．(4)测量下落高度时，都必须从起点算起，为了减小测量h值的误差，选取的各个计数点要离起始点远些．(5)实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器限位孔的阻力)做功，所以动能的增加量ΔE k一定小于重力势能的减少量ΔE p.(6)铁架台上固定打点计时器的夹子不可伸出太长，以防铁架台翻倒．2．误差分析(1)偶然误差：测量相关长度时带来的误差，减小的方法是多测几次取平均值．(2)系统误差：实验过程中要克服阻力(包括空气阻力和打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔE k必定稍小于重力势能的减少量ΔE p.(3)电源频率不稳定也会带来误差．(1)如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置．关于这一实验，下列说法中正确的是________．A．需使用天平测出重物的质量B．应先释放纸带，后接通电源打点C．需使用秒表测出重物下落的时间D．测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度(2)实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上．这样做可以________(选填“消除”“减小”或“增大”)纸带与限位孔之间的摩擦．(3)在实际测量中，重物减少的重力势能通常会________(选填“略大于”“等于”或“略小于”)增加的动能．【思路点拨】 正确解答本题需要掌握：理解该实验的实验原理；实际实验中，重锤要受到空气阻力，纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力，故重物下落时要克服这些阻力做功，重力势能不能全部转化为动能．【解析】 (1)根据mgh ＝12mv 2，可知不需要测量重物的质量m ，故A 错误；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故B 错误；我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故C 错误；测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度，故D 正确．故选D ．(2)打点计时器的两个限位孔如果不在在同一竖直线上．纸带运动中就会与限位孔之间有摩擦，重物下落时要克服这个阻力做功，重力势能不能全部转化为动能，实验存在误差．纸带与限位孔之间的摩擦是无法避免的，这样做只能减小纸带与限位孔之间的摩擦．(3)实际实验中，重锤要受到空气阻力，纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力，故重物下落时要克服这些阻力做功，重力势能不能全部转化为动能，有一小部分转化为内能，故重物减少的重力势能通常会略大于增加的动能．【答案】 (1)D (2)减小 (3)略大于用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V 的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，验证机械能守恒定律.(1)(多选)下面列举了该实验的几个操作步骤：A ．按照图示的装置安装器件；B ．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C ．用天平测出重锤的质量；D ．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关，打出一条纸带；E ．测量纸带上某些点间的距离；F ．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．其中没有必要进行或者操作不当的步骤是________________．(将其选项对应的字母填在横线处)(2)已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz.查得当地的重力加速度g ＝9.80 m/s 2.测得所用重锤的质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O ，每两个计数点之间有四点未画出，另选连续的3个计数点A 、B 、C 作为测量的点，如图2所示．经测量知道A 、B 、C 各点到O 点的距离分别为50.50 cm 、86.00 cm 、130.50 cm.根据以上数据，计算出打B 点时重锤的瞬时速度v B ＝________m/s ；重锤由O 点运动到B 点，重力势能减少了________J ，动能增加了________J(保留3位有效数字)．并可得出的结论是________________________．解析：(1)验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，mgh ＝12mv 2，质量可以约去，不必要用天平测量重锤的质量，C 操作步骤不必要；打点计时器应接在电源的“交流输出”上，B 操作步骤不当；在实验的操作中，应先接通电源再释放纸带，D 操作步骤不当．(2)根据匀变速直线运动规律可知，B 点的瞬时速度v B ＝x AC 2T＝4.00 m/s ，重锤由O 点运动到B 点，重力势能减少了ΔE p ＝mgh ＝8.43 J ，动能的增加量ΔE k ＝12mv 2B ＝8.00 J ．在误差允许的范围内，重锤自由下落机械能守恒．答案：(1)BCD (2)4.00 8.43 8.00 在误差允许的范围内，重锤自由下落机械能守恒名师方法总结实验中，需保持提纸带的手不动，待接通电源，打点计时器工作稳定后再释放纸带让重锤下落；选取纸带时，本着点迹清晰且第1、2两点间距离接近2 mm 的原则；不需要测量重锤的质量，只需证明12v 2n ＝gh n 就可以了．要点2|实验数据的处理方法1．公式法：本实验不需要测出物体的质量m ，只需要验证mgh ＝12mv 2，即gh ＝12v 2即可． 2．图象法：以v 22为纵轴，h 为横轴，画出v 22h 的图象，得到一条过原点的直线，斜率表示加速度g ，这是另一种处理数据的方法． 3．变形公式法：纸带上任取两点A 、B 点，测出h AB ，计算出v 2A 2－v 2B 2的值，在误差允许的范围内，gh AB ＝v 2A 2－v 2B 2，则机械能是守恒的． 4．速度的计算 根据匀变速直线运动的规律，利用纸带上的数据计算瞬时速度v ＝h n ＋1－h n －12T.典例2 用图示装置验证机械能守恒定律．实验前调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．实验中通过断开电磁铁开关使小球从A 点下落，经过光电门B ，记录挡光时间Δt ，测出小球在AB 间下落的距离h .竖直平移光电门B ，重复上述步骤，测得多组h 及相应的Δt ，已知当地重力加速度为g .(1)实验中还需测量的物理量是____________．(2)小球通过光电门速度的表达式为v ＝____________．(3)根据测量数据描绘1Δt 2h 图象，能否仅依据图象是过原点的直线就得出机械能守恒的结论？________，理由是________________________________．【思路点拨】 (1)该题利用自由落体运动来验证机械能守恒，因此需要测量物体自由下落的高度h AB ，以及物体通过B 点的速度大小，在测量速度时我们利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，因此明白了实验原理即可知道需要测量的数据；(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度；(3)根据机械能守恒的表达式可以求出所要求的关系式，然后分析答题．【解析】 (1)实验需要求出小球经过光电门时的速度，需要测出小球的直径d .(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故v ＝d Δt. (3)根据机械能守恒的表达式有mgh ＝12mv 2， 即1Δt 2＝2gd 2h ， 不能依据图象是过原点的直线就得出机械能守恒的结论，当斜率近似等于2g d 2，才能判断小球下落过程中机械能守恒． 【答案】 (1)小球直径d (2)d Δt (3)不能 斜率近似等于2g d 2，才能判断小球下落过程中机械能守恒利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v 和下落高度h .某班同学利用实验得到的纸带，设计了四种测量方案，正确的是 ( )A ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并测出下落时间t ，通过v ＝gt 计算出瞬时速度vB ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并通过v ＝2gh 计算出瞬时速度vC ．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v ，并通过h ＝v 22g计算出高度h D ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v解析：自由落体运动只受重力，机械能守恒．如果把重物的实际运动看成自由落体运动，再运用自由落体的规律求解速度，那么就不需要验证，A 、B 、C 选项错误，D 选项正确．答案：D名师方法总结(1)利用gh ＝v 22来验证机械能守恒定律时，须保证打第一个点时的速度为零． (2)无论是利用gh 与v 22还是gh AB 与v 2B 2－v 2A 2来验证机械能守恒定律，速度v 均应利用该点前后相邻两点间的平均速度来求解，而不能用v ＝2gh 或v ＝gt 来求解．要点3|创新设计性实验验证机械能守恒定律的实验一般是利用自由落体运动来实现的，但可以通过变通实验装置，变通实验操作方法，达到验证实验的目的，解决此类问题的关键是了解实验目的、实验装置以及操作过程，明确实验原理，从而进一步分析需要测量的物理量，找出各量之间的关系，确定验证的表达式．典例3 有一种“傻瓜”照相机，其光圈(进光孔径)随被拍摄物体的亮度自动调节，而快门(曝光时间)是固定不变的．一位同学利用“傻瓜”照相机来做“验证机械能守恒定律”的实验．(1)首先这个同学事先测定了相机的曝光时间为t .(2)这位同学提出了下述实验方案：他从墙面前某点O ，使一个小石子自由落下，对小石子照相得到如图甲的照片，由于小石子的运动，它在照片上留下一条模糊的径迹AB ．通过测量OA 的距离为h ，AB 的距离为x ，当地的重力加速度为g ，由于相机曝光时间很短，可以认为A 点的速度近似等于AB 段的平均速度．则石子划过A 点时的速度大小v ＝__________(用题中给出的物理量字母表示)．(3)多次改变高度h ，重复上述实验，作出x 2随h 变化的图象如图乙所示，当图中已知量X 、H 和重力加速度g 及曝光时间为t 满足表达式______________时，可判断小球下落过程中机械能守恒．【思路点拨】 根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出石子划过A 点时的速度大小．抓住重力势能的减小量与动能的增加量相等，得出X 、H 和重力加速度g 及曝光时间为t 满足的表达式．【解析】 (2)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，石子划过A 点的速度大小v ＝x t .(3)若机械能守恒，有mgH ＝12mv 2＝12m x 2t 2，即gH ＝X 22t 2. 【答案】 (2)x t (3)gH ＝X 22t 2 如图所示装置可用来验证机械能守恒定律．摆锤A 拴在长L的轻绳一端，另一端固定在O 点，在A 上放一个小铁片，现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向成θ角时由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P 阻挡而停止运动，之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动．(1)为了验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤在最低点的速度．为了求出这一速度，实验中还应该测量哪些物理量？________________________________________________________________________.(2)根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v ＝________________.(3)根据已知的和测得的物理量，写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式为________________．解析：(1)本实验利用平抛运动规律求解摆锤在最低点的速度，需要测量遇到挡板后铁片的水平位移x 和竖直下落高度h .(2)根据平抛运动规律，x ＝vt ，h ＝12gt 2，联立解得v ＝x g 2h. (3)重锤下落过程中机械能守恒，mgL (1－cos θ)＝12mv 2，代入(2)中数据得，L (1－cos θ)＝x24h.答案：(1)遇到挡板后铁片的水平位移x和竖直下落高度h(2)xg2h(3)L(1－cosθ)＝x24h名师方法总结无论用什么方法验证机械能守恒定律，都要选取研究对象，找出重力势能的减少量和动能增加量的关系．【强化基础】1．(多选)下面列举的各个实例中，机械能守恒的是( )A．一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落B．水平抛出的物体(不计空气阻力)C．拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升D．物体在光滑斜面上自由下滑解析：一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落，动能不变，势能减小，机械能减小，选项A错误；水平抛出的物体(不计空气阻力)只有重力做功，机械能守恒，选项B正确；拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升，动能不变，势能增加，故机械能变大，选项C错误；物体在光滑斜面上自由下滑，只有重力做功，机械能守恒，选项D正确．故选BD．答案：BD2．某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是( ) A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源B ．将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度C ．先释放纸带，再接通电源D ．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据解析：“在验证机械能守恒定律”的实验中，应先接通打点计时器的电源，打点计时器稳定工作后再释放纸带，故选项C 说法是错误的．答案：C3．在验证机械能守恒定律的实验中，需要直接测量的物理量是( )A ．重锤的质量B ．重锤下落的时间C ．重锤下落的高度D ．重锤的瞬时速度解析：在不需要求动能和势能值时，不必测出重物质量，只要12(v 22－v 21)＝g Δh 就能验证机械能守恒；重锤下落时间不需要测；重锤的瞬时速度不是直接测的物理量．答案：C4．“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是( )A ．重物的质量过大B ．重物的体积过小C ．电源的电压偏低D．重物及纸带在下落时受到阻力解析：本实验中重物增加的动能略小于减少的重力势能的原因是重物及纸带在下落时受到阻力，D选项正确．答案：D【巩固易错】5．(多选)(2018·嘉兴模拟)如图实验器材中，能用于“探究小车速度随时间变化的规律”“探究加速度与力质量的关系”“探究做功与物体速度变化的关系”“验证机械能守恒定律”四个分组实验的是( )A BC D解析：“探究小车速度随时间的变化规律”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、钩码、刻度尺等；“探究加速度与力、质量的关系”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、天平、砝码、钩码、刻度尺等；“探究做功与物体速度变化的关系”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、橡皮筋、刻度尺等；“验证机械能守恒定律”需要的器材有：重锤、铁架台、打点计时器和纸带、刻度尺等，用于这四个实验都用到的器材是打点计时器和刻度尺，C、D选项正确．答案：CD6．(2018·湖南模拟)某同学用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”，他进行的部分操作步骤如下：(1)将两光电门固定在铁架台上，如图甲；(2)用螺旋测微器测量圆柱形重锤的高度L 如图乙所示，则L ＝________mm ；(3)接通光电门电源；(4)将重锤从光电门正上方由静止释放，让重锤下落并穿过两光电门；(5)若重锤通过光电门1、光电门2时，计时器记录下的时间分别为Δt 1、Δt 2.重锤的高度用L 表示，若已知当地的重力加速度为g ，要验证重锤从光电门1到光电门2的过程中机械能守恒，还需要测量的物理量是________________(写出物理量并用相关字母表示)．(6)需要验证的表达式为__________________(用相关字母表示)．解析：(2)螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，需估读．螺旋测微器的固定刻度读数为11 mm ，可动刻度读数为0.01×20.6 mm ＝0.206 mm ，则最终读数为11.206 mm.(5)(6)根据极限的思想可知，极短时间内的平均速度等于瞬时速度，重锤通过两个光电门的瞬时速度v 1＝L Δt 1，v 2＝L Δt 2，动能的增加量ΔE k ＝12mv 22－12mv 21＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12.重力势能的减少量ΔE p ＝mgh .则需要验证的表达式是：mgh ＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12，即为：2gh ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12，可知还需要测量的物理量是光电门1与光电门2之间的高度差h . 答案：(2)11.206(11.204～11.207)(5)光电门1与光电门2之间的高度差h(6)2gh ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12 【能力提升】7．在“验证机械能守恒定律”的实验中(所用电源频率为50 Hz)：(1)某同学用如甲图所示的装置进行实验，得到如乙图所示的纸带，把第一个点(初速度为零)记作O 点，测出点O 、A 间的距离为89.36 cm ，点A 、C 间的距离为17.24 cm ，点C 、E 间的距离为18.76 cm ，已知当地重力加速度为9.80 m/s 2，重锤的质量为m ＝1.0 kg ，则打点计时器在打O 点到C 点的这段时间内，重锤动能的增加量为________ J ，重力势能的减少量为________ J ．(计算结果保留三位有效数字)(2)利用该装置可以测量重锤下落的加速度a ＝________ m/s 2.(计算结果保留三位有效数字) 解析：(1)利用匀变速直线运动的推论v C ＝x AE 4T ＝0.172 4＋0.187 60.08＝4.5 m/s ，则 ΔE k ＝12mv 2C ＝12×0.5×(4.5)2＝10.1 J ，重锤由O 点运动到C 点时，重锤的重力势能的减少量ΔE p ＝mgh ＝0.5×9.8×(0.893 6＋0.172 4) J ＝10.4 J.(2)根据Δx ＝aT 2得重锤下落的加速度a ＝Δx T 2＝0.187 6－0.172 40.042＝9.50 m/s 2.答案：(1)10.1 10.4 (2)9.508．(2018·浙江二模)“验证机械能守恒定律”的实验．(1)实验室提供了铁架台、夹子、导线、纸带等器材．为完成此实验，除了所给的器材，在图中还必须选取的实验器材是________．(2)下列方法有助于减小实验误差的是( )A．在重锤的正下方地面铺海绵B．必须从纸带上第一个点开始计算验证机械能是否守恒C．重复多次实验，重物必须从同一位置开始下落D．重物的密度尽量大一些(3)完成实验后，小明用刻度尺测量纸带距离时如图(乙)，已知打点计时器每0.02 s 打一个点，则B点对应的速度v B＝________m/s.若H点对应的速度为v H，重物下落的高度为h BH，重物质量为m，当地重力加速度为g，为得出实验结论完成实验，需要比较mgh BH与________________的大小关系(用题中字母表示)．解析：(1)该实验中可以选用电磁打点计时器和学生电源或者是电火花计时器．在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知重锤下降的距离，故需要毫米刻度尺．(2)在重锤的正下方地面铺海绵，目的是保护仪器，A选项错误；该实验是比较重力势能的减少量与动能增加量的关系，不一定要从纸带上第一个点开始计算验证，B选项错误；重复多次实验时，重物不需要从同一位置开始下落，C选项错误；选重物的密度尽量大一些，可以减小摩擦阻力和空气阻力的影响，从而减少实验误差，D选项正确．(3)根据刻度尺的读数规则可知，AC之间的距离x AC＝5.40 cm.根据匀变速直线运动的规律可知，一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，B 点瞬时速度的大小v B ＝x AC 2T＝1.35 m/s. 根据机械能守恒可知，mgh BH ＝12mv 2H －12mv 2B . 答案：(1)电磁打点计时器和学生电源(或者是电火花计时器)、毫米刻度尺 (2)D(3)1.35 12mv 2H －12mv 2B。
人教版2019高中物理必修第三册 实验：验证机械能守恒定律35张ppt
ΔE/J 0.393 0.490
0.686
0.785
回答下列问题： ΔEp＝4mgL＝4×0.05×9.80×0.5 J＝0.980 J。
(1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的 ΔE ＝0.980J－0.392 J＝0.588J
3
减少量为_______ J(保留三位有效数字)；
(2)步骤④中的表格所缺数据为________；
A．刻度尺
B．0～6 V直流电源
AD
s 0.070 1
v D＝ ＝
m/s=1.7525m/s
2T 0.04
C．秒表
D．0～6 V交流电源
(2)某同学用图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示，相邻两
点之间的时间间隔为0.02 s，根据纸带计算出打下D点时重物的
1.75
速度大小为________m/s。(结果保留三位有效数字)
恒定律写出图像对应的函数表达式，弄清图像斜率的物理意义，如 v2-h 图像、
2
v
v2-2h 图像，或 -h 图像，根据图像计算出重力加速度，计算结果与当地重力
2
加速度比较，根据二者是否在误差允许的范围内相等判断机械能是否守恒。
3．利用计算法验证机械能守恒。计算法需要知道当地的重力加速度，通过计
算重力势能的减少量与动能的增加量是否相等验证机械能守恒。
(1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选
择密度大的理由是_____________________________________。
阻力与重力之比更小
(2)已知交流电频率为50 Hz，重物质量为200 g，当地重力加
速度g＝9.80 m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
v2 =
s2 + s3 2T
v3 =
s3 + s 4 2T
D Ek1 =
1 2 mv1 2
D Ek2 =
1 2 mv 2 2
D Ek3 =
1 2 mv 3 2
注意事项
（1）实验中打点记时器的安装，两纸带限位 孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力． （2）实验时，必须先接通电源，让打点记时 器工作正常后才松开纸带让重锤下落． （3）打点记时器必须接50Hz交流低压电源. （4）必须保留纸带上打出点迹的第一点,且 第1、2点间距约为2mm的纸带误差小。 （5）实验中，只要验证gh是否等于v2/2即可， 不用测重锤的质量。 误差分析：由于重锤克服阻力作功，所 以动能增加量略小于重力势能减少量。
电火花计 时器
纸带
夹子
重物
实验目的
验证物体做自由落体运动过程中
机械能守恒。
实验原理
0 1
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相互转化，但 总的机械能守恒，若物体某时刻即时 速度为v，下落高度为h，恒有：
2
3
1 2 mv mgh 2
4
实验原理 2、借助打点记时器，通过
0
实验步骤
(3)先接通电源，后松手让重锤带着 纸带下落。 (4)重复几次，得3—5条纸带。 (5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带， 在起始点标上O ，以后各依次标上1、2、3„.. 用刻度尺测出对应高度h1、h2、h3„„
第一个间隔，一定要求是2mm左右吗
实验步骤
(6)应用公式 计算各点对应的速度 v1、v2、v3...
(7)计算各点对应的势能减少量和 动能的增加量进行比较。
记录及数据处理
g＝9.8m/s2，T＝0.02s 。源自E D C Bh1(OB)
h2(OC)
h3(OD)
ΔEp1＝mgh1
ΔEp2＝mgh2
ΔEp3＝mgh3
A O
S1(AB)
S2(BC)
S3(CD)
S4(DE)
v1 =
s1 + s 2 2T
纸带测出重物某时刻高度h
和该时刻的即时速度vt， 即可验证机械能守恒定律。
V h
1 2
3
4
实验原理
0 1 d2
3、测定第n点的即时速度的方法 是：测出第n点的相邻的前、后两
段相等时间T内下落的距离由下列
公式算出：
2
S3 3 d4
Sn Sn 1 vn 2T
d n1 d n1 或vn 2T
Vc=3.89m/s
思维•能力•训练
在验证机械能守恒的定律时，如果以 v2/2为纵轴，根据实验数据绘出的v2/2-h 图线应是________________ 过原点O的倾斜直线 ，才能验证机 械能守恒，v2/2-h图的斜率等于
重力加速度g 的数值。 _____________
S4
4
实验仪器 铁架台（带铁夹）、
电火花计 时器 纸带
打点记时器、纸带几条、
重锤（带纸带夹子）、 导线、复写纸片、直尺、
夹子
重物
学生电源
实验步骤
(1)按图把打点记时器安装在铁架台 上，用导线把打点记时器与学生电源 连好。
(2)把纸带的一端在重锤上用架子固定好，另一
端穿过记时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤 停靠在打点记时器附近。
思维•能力•训练
在“验证机械能守恒”的实验中，已知打点记 时器所用的电源的频率50Hz，查得当地重力加速度 为g=9.8m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg。实 验中得到一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个 点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的 点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别 为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根据以 上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减 7.62 焦，动能的增加量等于______ 7.57 焦 少量等于______ (取3位有效数字)。
思维•能力•训练
为进行《验证机械能守恒》实验，有下
列器材可选用：铁架台、打点记时器、复写
纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电
秒表、天平 键、天平，其中不必的器材是____________ 、低压直流电源 低压交流电源 ________________; 缺少的器材是______
、刻度尺、重物 __________________ 。