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课件2新人教版必修2
电火花计 时器
纸带
夹子
重物
(4)重复几次，得到3～5条纸带。 (5) 在打好点的纸带中挑选“点迹清晰，且第一、二 两点间距离约为 2mm” 的一条纸带，记下第一个点的 位置O ，并在纸带上从任意点开始依次选取几个连续 的点1、2、3……，并用刻度尺依次测出各点到位置O 的距离，这些距离就是物体运动到点 1 、 2 、 3 、 …… 时下落的高度h1、h2、h3……。 (6)应用平均速度就是中间时刻的瞬时速度的方法 ， 计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3……。 (7)把得到的数据真入表格里，计算各点对应的势能 减少量mgh，以及增加的动能mv2/2，并比较是否跟理 论一致。计算时g取当地的数值。 演示
(6)纸带的上端最好不要悬空提着，要保证重物下落的初
速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的小点。 (7)纸带挑选的标准是第一、二两点间的距离接近2mm。
【误差分析】
(1)由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小的办法一 是测距离时都从起点O量起，二是多测几次取平均值。 (2) 实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力 ( 主要是打 点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEK必定稍小于 势能的减少量ΔEP，这是属于系统误差。
点要离起始点远些，可减少物体下落距离h的测量误差。
纸带不宜过长，约40㎝即可。因重物自由下落时的加速 度较大，每两个计数点间的时间间隔不一定取连打5个点
的时间为计时单位。
(4)实验中因不需要知道动能和势能的具体数值，故不需 测物体的质量m。
(5)实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动
能的增加量要小于势能的减少量。
【实验内容】 1、步骤
(1) 如图所示，把电火花记时器或 打点计时器竖直地固定在置于桌边 的铁架台上，将计时器与电源连接 好。 (2) 将纸带穿过电火花记时器或打 点计时器的限位孔，并把纸带的一 端固定在重物上，使重物停在靠近 计时器的地方，用手提着纸带。 (3) 先接通电源，后松开纸带，让 重物带着纸带自由下落，计时器就 在纸带上打下一列小点。
【实验目的】
电火花计 时器 纸带
【实验原理】 【实验器材】 【实验内容】 【注意事项】 【误差分析】
夹子
重物
【实验练习】
【实验目的】
1、学会利用自由落体运动验证机械能守恒定律。
2、进一步熟练掌握应用记时器打纸带研究物体运 动的方法。
【实验原理】
在只有重力做功的自由落体运动中，物体的 重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能 守恒。 如果忽略空气的阻力，这时物体的机械能守 恒，即重力势能的减少等于动能的增加。设物 体的质量为m，下落距离为h时物体的瞬时速度 1 2 为v，则势能减少mgh，动能增加 mv
cm O
A 43.0 B 49.6 C D 62.8
56.1
参考答案：2mm
5.50m
3.30
5.45m
1 2 mv1 2
Ek 2
1 2 mv2 2
Ek 3
1 2 mv3 2
3、结论：
在只有重力做功的情况下，物体的重力 势能和动能可以相互转化，但机械能的总
量保持不变。
【注意事项】
(1)安装计时器时竖直架稳，计时器的两限位孔必须在同 一竖直线上，以减少重物带动纸带下落过程受到的阻力。 (2)实验时必须先接通电源，然后松开纸带让重物下落。 (3)测量下落高度时，必须从起始点算起。选取的各计数
故有：mgh＝
1 2 mv 2
2
利用打点计时器打出的纸带， 测出重物下落的高度h，利用时间 t 内的平均速度等于该段时间中点 时刻的瞬时速度，算出对应时刻 的瞬时速度v，即可验证机械能是 否守恒。
V
h
【实验器材】
铁架台（带铁夹）、电火花计时器或打点计 时器、直尺、重锤、纸带、复写纸片、导线、 电源。
【实验练习】
1、 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面叙述正 确的是 [ ]
A．应用天平称出重物的质量 。
B ．应当选用点迹清晰，第一、二两点距离约 2mm 的纸 带进行测量4～6V的直流电源上 。
答案：B
2、在验证重锤自由下落过程中机械能守恒的实验中，下 列说法正确的是 [ ] A．实验时，应先接通打点计时器，等打点稳定后再释放 纸带 B．必须用天平称量所用重锤的质量 C．为了方便，应在打下的纸带上每5个点取一个计数点 进行测量和计算 D ．本实验的系统误差，总是使重力势能的减少量大于 动能的增加量
答案：AD
3、在“验证机械能守恒定律”的实验中： 需直接测量的物理量是____________________ ；
间接测量的物理量是____________________。
参考答案：重锤下落的高度h 重锤运动的速度v
4、在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证重锤下 落时重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是 实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有( ) A．用天平称出重锤的质量 B．把电火花计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低 压交流电源连接起来 C ．把纸带的一端固定到重锤上，另一端穿过电火花计 时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度 D．接通电源，释放纸带 答案： ABE
E．用秒表测出重锤下落的时间
5、在《验证机械能守恒定律》的实验中，打点计时器所 接交流电频率为 50Hz，当地重力加速度g＝9.80m/s2。实 验选用重锤质量为m(kg)，从所打纸带中选择一条合适的 纸带，此纸带第1、2点间的距离应接近 。纸带上连 续的点 A、 B、 C、 D 至第1 点 O 的距离如图所示，则重锤 从 O 运动到 C ，重力势能减少 _________J ，重锤经过 C 时 的速度为 m/s，其动能增加 J。
2、记录及数据处理
g＝9.8m/s2，T＝0.02s 。
h1(OB) h2(OC) h3(OD)
E
D
C
B
ΔEp1＝mgh1
ΔEp2＝mgh2
ΔEp3＝mgh3
A
O
S1(AB)
S2(BC)
S3(CD)
S4(DE)
v1
s1 s2 2T
v2
s2 s3 2T
v3
s3 s4 2T
Ek1
高中物理 第7章 机械能守恒定律《实验 验证机械能守恒定律》课件 新人教版必修2
必要的是( )
D．低压电源
解析：验证机械能守恒定律的原理是重力势能的减少量与物体动能的增加 量相等，即 mgΔh＝12mv2，由此式可看出：不需测物体的质量，故 C 正确．本 题涉及验证机械能守恒的基本原理，体现了对基本实验能力的考查．
答案：C
2．用图所示装置验证机械能守恒定律，由于电火花计时器两限位孔不在同 一竖直线上，使纸带通过时受到较大的阻力，这样实验造成的结果是( )
解析：先判定 D 点的可靠性，即判定 sBC－sAB 是否等于 sCD－sBC，如相等(或 在误差范围内)，D 点就可靠(即在 D 点之前物体做自由落体运动)，就可利用 vC
＝sBD求出 2T
C
点速度，EkC＝12mv2C
则 ΔEp＝mgh，h 是 O 到 C 的距离． 故 ΔEp＝mgh＝1.00×9.80×0.777 6 J＝7.62 J
A．N 点是第 n 个点，则 vn＝gnT B．N 点是第 n 个点，则 vn＝g(n－1)T C．vn＝sn＋2Tsn＋1 D．vn＝dn＋12－Tdn－1 解析：实验是验证性的，不能依据已有本实验验证的结论性的规律来处理 分析数据． 答案：CD
二、非选择题(本题有 4 小题，共 60 分) 6．(12 分)在“验证机械能守恒定律”的实验中，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＝9.8 m/s2，测得所用的重物的 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，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 62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根据以上数据，可 知重物由 O 点运动到 C 点，重力势能的减少量等于__7_.6_2____J，动能的增加 量等于__7_._5_6___J(取三位有效数字)．
高中物理 第七章 第九节 实验 验证机械能守恒定律课件 新人教版必修2
第九节 实验：验证机械能守恒定 律
问题一 实验解读 一、实验目的 通过自由落体运动验证机械能守恒定律． 二、实验原理 在自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总 机械能守恒． 方法 1：若以重物下落的起始点 O 为基准，设重物的质量为 m， 某一时刻物体下落的瞬间速度为 v，下落高度为 h，则应有 mgh＝12 mv2，借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度 h 和该时刻的瞬 时速度 v，即可验证机械能是否守恒．
(1)从下列器材中选出实验所必须的，其编号为________． A．打点计时器(包括纸带) B．重物 C．天平 D．毫米刻度尺 E．秒表 F．运动小车
(2)打点计时器的安装放置要求为________；开始打点计时的时 候，应先________，然后________．
(3)选择下列正确的实验步骤，并按顺序排列为________． A．用天平测出重锤的质量 B．把打点计时器竖直地夹稳在铁架台上 C．接通电源，松开纸带 D．松开纸带，接通电源 E．用停表记下垂锤下落的时间 F．取下纸带，重复上述实验 3 次
三、实验器材 铁架台(带铁夹)，打点计时器，重物(带纸带夹子)，纸带数条， 复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源(交流 4～6 V)．
四、实验步骤 1．仪器安装． 按图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接 好电源．
2．打纸带和选纸带． 打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计 时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方．先 接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落．更换纸带重复做 3～5 次实验．
(3)验证：通过计算，在误差允许的范围之内12vn2与 ghn，是否相 等或21vm睛：理解实验原理，动手认真完成每一步实验操作，是学 好实验的前提．
人教版高中物理必修二第七章第九节实验：验证机械能守恒定律 课件(共22张PPT)
2、实验原理
(1)如图1所示，借助打点计 时器打出的纸带，测出物 体自由下落的高度h和该时 刻的速度v，以纸带上的第 n个点为例，
图1
如下面纸带中，打第n个计时点时的瞬时速度等于以该时 刻为中间时刻的某一段时间内的平均速度，即：
vn＝xn＋2Txn＋1＝hn＋12－Thn－1
(2)物体下落的高度为 h 时速度为 v，则 物体的重力势能减小量为 mgh，动能增 加量为12mv2，如果 mgh＝12mv2，即 gh ＝12v2，就验证了机械能守恒定律．
(3)根据实验判断下列图象正确的是(其中ΔEk表示物体动能的变化， Δh表示物体下落的高度)( )
五、教学反思与自我评价
以上是我对《验证机械能守恒定律》这节教材的认识和对 这堂课的整体设计，由于本人水平有限，上面过程肯定有 许多缺点和漏洞，希望各位专家多多批评指正。
ห้องสมุดไป่ตู้
谢谢
• 能力层面：学生已具备一定的实验操作技能，会用 打点计时器以及直尺等实验仪器。具备一定的数据 处理能力。
二、教学目标与重难点
知识与技能： 1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度；
2、掌握验证机械能守恒定律的实验原理。
过程与方法： 1、经历实验设计的过程； 2、通过分组实验，提高动手能力、协作意识；提高解决 实际问题的能力。
图2
例2、 某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带一部分损 坏，损坏的是前端部分．剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在 图中，单位是cm.已知重物质量为m，打点计时器工作频率为50 Hz，重力 加速度g取9.8 m/s2.
(1)重物在2点的速度v2＝________，在5点的速度v5＝________，此过程中 动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________. (2)比较得ΔEk________ΔEp(填“大于”“等于”“小于”)，原因是 __________________．由以上可得出实验结论____________________．
新人教版必修2高中物理第七章机械能守恒定律7.9实验：验证机械能守恒定律课件
(3)实验中由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使
纸带通过时受到较大阻力这样将造成__B______．
A．不清楚
B．mgh>12mv2
C．mgh<12mv2 D．mgh＝12mv2
解析：(1)在处理数据时需要测量长度，故需要米尺；电磁 打点计时器工作时需要使用低压交流电源；所以选项A、D正 确．
动能的增加量ΔEk＝12mv2B≈0.48 J. (4)由以上计算知，ΔEp>ΔEk，这是因为实验中有摩擦力和 空气阻力等的存在，重物要克服阻力做功而损失机械能． (5)在实验误差允许范围内机械能守恒．
随堂达标演练 1.某实验小组的同学在“验证机械能守恒定律”的实验 时，进行了如下的操作： A．取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距 离O点较远处选择连续几个计数点(或计时点) B．用天平称出重物和夹子的质量
典例研析
热点一 实验原理与操作
1 如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器 材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重 锤、天平．回答下列问题：
(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有__A__D____．(填
入正确选项前的字母)
A．米尺
B．秒表
C．0～12 V的直流电源 D．4～6 V的交流电源
(2)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材
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．先接通电源，后释放纸带，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
其中操作不当的步骤是_______B_______________．
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。
高中物理 第七章 第九节《验证机械能守恒定律》课件 新人教版必修2
（例7）如图，总长为L的光滑匀质 铁链跨过一个光滑的轻小滑轮，开始时下端
相平齐，当略有扰动时其一端下落，则当铁
链刚脱离滑轮的瞬间，铁链的速度为多大？
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（三）多个物体组成的系统的机械能守恒
机械能守恒定律内容有三种守恒形式： 1. 从守恒的角度：系统的初、末两状态 机械能守恒，即E2=E1； 2. 从转化的角度：系统动能的增加等于 势能的减少，即Ek=-Ep； 3. 从转移的角度：系统中一部分物体机 械能的增加等于另一部分物体机械能的减少， 即EA=-EB。 对多个物体的机械能守恒问题宜用 Ek=-Ep或EA=-EB列式求解。
2、守恒条件的拓展
A. 从做功角度分析 (1)物体只受重力（和弹簧弹力）。 (2)物体除重力（和弹簧弹力）以外还受到
了其它力，但其它力不做功。 (3)物体除重力（和弹簧弹力）以外还受到
了其它力，其它力做了功。但其它力做
功的代数和为零。
B. 从能量转化角度分析
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5.如图所示，小球m从斜面上高H处自由 下滑，后进入半径为R的圆轨道，不计摩擦， 则H为多少才能使球m能运动到轨道顶端？
（二）链、绳、的机械能守恒
对于绳索、链条之类的物体，由于运动 而使其重心位置改变，能否确定重心的位 置，常是解决该类问题的关键。通常采用分 段法求出每段的重力势能，然后求和即为整 体的重力势能；也可采用等效法求出重力势 能的改变量。再利用Ek=-Ep列方程求解。 质量均匀分布的规则物体常以重心的位置来 确定物体的重力势能，至于零势能参考面可 任意选取，一般以系统初态或末态的重力势 能为0，对应的解答较简单。
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相对应,若选择 mgh= 1 mv2 处理数据,则纸带必须满足这个要求,若选择 mgh2-mgh1 2
=
1 2
m
v22
-
1 2
m
v12
处理数据,则纸带不必满足这个要求.
类型二 实验数据分析与处理
【例2】 (2017·浙江杭州萧山检测)小杨同学采用如图(甲)所示的装置进行“验证
机械能守恒定律”实验.
第9节 实验:验证机械能守恒定律
解读实验基础 科学探究实验 感悟解题规律
解读实验基础·萃取实验精华
科学探究实验·突破实验核心
一、数据处理
1.利用公式 vn= hn1 hn1 ,计算出点 2、点 3、点 4…的瞬时速度 v2,v3,v4…
2T
2.验证:方法一:将测量出的数据代入 gh 和 1 v2,比较 gh 和 1 v2 在实验误差允许的范围内是
2
2
否相等.
方法二:任取两点
A,B,测出
hAB,算出
ghAB,算出
1 2
vB 2
-
1 2
vA2
的值,比较
ghAB
和
1 2
vB
2
-
1 2
v
2 A
在实
验误差允许的范围内是否相等.
方法三:图像法
从纸带上选取多个点,测量从第一个点到其余各点的下落高度 h,并计算各点速度的平方 v2,
然后以 1 v2 为纵轴,以 h 为横轴,根据实验数据绘出 1 v2-h 图线.
vn 2
=mghn,必须保证纸带上的第一点为重物静止释放时打的点,所以前
两个点的间距为 h= 1 gt2= 1 ×9.8×(0.02)2 m≈2 mm.
人教版高中物理必修2 第七章 第9节《实验：验证机械能守恒定律》(共51张PPT)
2、vn gtn
hn1 hn1 3、vn 2T
（2）有4条用打点计时器（所用交流电频率为 50Hz）打出的纸带A、B、C、D，其中一条是 做“验证机械能守恒定律”实验时打出的。为 找出该纸带，某同学在每条纸带上选取了点迹 清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个 点间距离依次为s1、s2、s3。请你根据下列s1、s2、 C s3的测量结果确定该纸带为 。（已知当地 的重力加速度为9.791m/s2） A. 61.0mm 65.8mm 70.7mm B. 41.2mm 45.1mm 53.0mm C. 49.6mm 53.5mm 57.3mm D. 60.5mm 61.0mm 60.6mm
（3）有一条纸带，各点距A点的距离分别为d1， d2，d3，……，如图所示，各相邻点间的时间间 隔为T，当地重力加速度为g。要用它来验证B和 G两点处机械能是否守恒，可量得BG间的距离h d6 - d1 ，B点的速度表达式为v =________ d2 ／ 2 T , ＝________ B (d7 –d5 ) ／2T ，若B点 G点的速度表达式为vG=_____________ 和G点的速度vB、vG和BG间的距离h均为已知量， 2- v 2 v 2gh 时，机械能守恒。 G B 则当 ________ ＝______
vB v A at
v B v AC
x 2 v A at t
所以
做匀变速运动的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。
这表明：
数 据 记 录
测量点n 高度hn /m 速度vn /m/s 势能EP /J
1
2
3
4
5
6
动能EK /J
可不可以 用图象处 理数据?
实验验证机械能守恒定律说课【公开课教学PPT课件】高中物理
让一个摆球由静止开始从A位置摆到B位置，
若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，
即
1 mv2 mgh 2
，但直接测量摆球到达B点的
速度v比较困难。可以取同样的小球2号放置在
B点，与单摆小球发生对心碰撞、速度交换，
再利用平抛的特性来间接地测出v。
M 最高点 最低点 水平位移 势能减少量 动能增加量
1.尝试设计验证机械能守恒 定律实验方案 。 2、经历验证机械能守恒定 律的过程,学会对数据进行 处理的方法。
律。
实验误差的分析
高一学生思维具有单一性、定势性， 教学过程中我引导学生讨论和思考， 把突破难点的过程当成巩固和加深 对旧有知识应用的过程，当成培养 学生分析能力的过程。
04 4.学法教法
机械能守恒定律等定理、定律; 知道功是能量转換的
量度以及机械能守恒的条件。
02
能力层面
具备一定的实验操作、运动情境分析、数据处理能力。
但是对于实验设计还缺乏全面的和理性的认识。科学
探究的理论分析能力和拓展性推理能力还较弱。这是
本节课教学的主要困难。
02 2.教学目标
A
B
C
知识与技能
1、 会计算物体运 动的速度; 2、掌握验证机械能 守恒定律的实验原 理。
希望能在我的引导 下，实现教与学互 动，使学生真正成 为了课堂的主人。
1 教 法： 教学方法：实验探究法、分析法讨论法 教学手段：分组实验、演示实验计算机 多媒体教学，PPT课件
2 学 法： 引导学生在探究中学习，在讨论中
突破难点。
教学中以学习研究物理问题的方法为基础，掌握知 识为中心，培养能力为方向，紧抓重点突破难点，设计 了如下的教学程序：
《实验：验证机械能守恒定律》教学PPT课件【高中物理必修2(人教版)】
新课学习
• 2、记录及数据处理
E
g＝9.8m/s2，T＝0.02s 。
D
h1(OB)
h2(OC)
h3(OD)
C
B
ΔEp1＝mgh1
பைடு நூலகம்ΔEp2＝mgh2
ΔEp3＝mgh3
这时物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。设物体
的质量为m，下落距离为h时物体的瞬时速度为V，则势能减少mgh，动 v
能增加，故有
mgh＝
1 mv2 2
新课学习
• 利用打点计时器打出的纸带，测出重物下落的高度h，利用时间t内的平均 速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度，算出对应时刻的瞬时速度V，即 可验证机械能是否守恒。
第七章·第九节
实验：验证机械能 守恒定律
复习旧课
1机械能守恒定律的内容？ 2.机械能守恒的条件是什么？
课前导入
请同学们设计实验方案验证机械能守恒
新课学习
• 【实验目的】验证机械能守恒定律 h
• 【实验原理】 在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能
和动能可以相互转化，但总的机械能守恒。 如果忽略空气的阻力，
• (2)实验时必须先接通电源，然后松开纸带让重物下落。 • (3)测量下落高度时，必须从起始点算起。选取的各计数点要离起始点远
些，可减少物体下落距离h的测量误差。纸带不宜过长，约40㎝即可。因 重物自由下落时的加速度较大，每两个计数点间的时间间隔不一定取连 打5个点的时间为计时单位。
新课学习
• (4)实验中因不需要知道动能和势能的具体数值，故不需 测物体的质量m。