高中物理 新教材人教版必修二8.4-5 机械能守恒定律、实验验证机械能守恒定律 课件
2024秋季人教版高中物理必修第二册第八章机械能守恒定律《实验：验证机械能守恒定律》
听课记录：2024秋季人教版高中物理必修第二册第八章机械能守恒定律《实验：验证机械能守恒定律》一、教学目标（核心素养）•物理观念：通过实验验证机械能守恒定律，加深对该定律的理解和应用。
•科学思维：培养学生设计实验、收集数据、分析数据并得出结论的科学探究能力。
•科学探究：经历实验设计、实施、数据处理和结论推导的全过程，体验科学探究的方法。
•科学态度与责任：培养严谨的实验态度和实事求是的科学精神，以及团队协作和沟通的能力。
二、导入•教师行为：首先，通过复习机械能守恒定律的概念和条件，引导学生思考如何通过实验来验证这一定律。
然后，展示实验装置（如打点计时器、纸带、重物等），简要介绍实验原理和步骤。
•学生活动：回顾机械能守恒定律的内容，思考实验验证的方法和步骤。
观察实验装置，对实验过程产生初步的兴趣和期待。
•过程点评：通过复习和展示，教师成功地将学生的注意力引导到实验验证机械能守恒定律的主题上，为后续的实验操作奠定了良好的基础。
三、教学过程3.1 实验设计与准备•教师行为：详细讲解实验设计思路，包括如何安装实验装置、设置打点计时器的参数、调整重物释放的高度等。
指导学生分组进行实验前的准备工作，如测量重物质量、检查装置稳定性等。
•学生活动：认真听取教师讲解，理解实验设计的原理和要求。
分组进行实验前的准备工作，相互协作，确保实验装置的正确安装和调试。
•过程点评：教师在实验设计与准备阶段给予了充分的指导和支持，学生积极参与，表现出良好的团队合作精神和实验准备能力。
3.2 实验操作与数据记录•教师行为：指导学生按照实验步骤进行操作，包括释放重物、观察打点计时器在纸带上留下的点迹、测量纸带上各点之间的距离等。
同时，提醒学生注意实验安全，如避免重物撞击地面等。
•学生活动：在教师的指导下，分组进行实验操作。
仔细观察实验现象，准确测量并记录数据。
相互协作，共同解决实验过程中遇到的问题。
•过程点评：学生在实验操作阶段表现出较高的积极性和专注度，能够按照实验步骤进行操作并准确记录数据。
8.5 实验：验证机械能守恒定律(教学课件) - 高中物理人教版(2019)必修第二册
典型例题
例1. （4）若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速 度v及重物下落的高度x，则以v2为纵轴、x为横轴画出的图像是下图中 的 C。
实验：研究沿斜面下滑物体的机械能
mgh1
mgh2
1 2
mv22
1 2
mv12
∆h=h1-h2
A
B
∆h G
高度差测量用直尺。
速度的测量用光电门： v 遮光条长度d
↓∆EP=↑∆Ek
mgh1
mgh2
1 2
mv22
1 2
mv12
实验：研究自由下落物体的机械能
要注意的问题 1.先打开打点计时器，然后释放纸带 2.重物下落过程中，除了重力外会受到哪些阻力？怎 样减少这些阻力对实验的影响？ ①纸带与限位孔之间的摩擦阻力。 ②打点记时器的限位孔和纸带必须在同一竖直线上，并且打 点计时器上方的纸带不能耷拉着的，要用手把它拉直。需选 取密度较大的物体做重锤，以减小空气阻力的影响。
必修二第八章 8.5实验：验证机械能守恒定律
重点回顾
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。
初状态
末状态
势能 动能势能 动能 Nhomakorabeamgh2
1 2
mv2
2
=
mgh1
1 2
Δh
12 3
4
5
6
7
纸带上某两点的距离等于重物下落的高度， 这样就能得到重物下落过程中势能的变化。
实验：研究自由下落物体的机械能
纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点的平均速度。
高中物理(新人教版)必修第二册：实验：验证机械能守恒定律【精品课件】
，这是以纸带上第一点（起始点）为基准验
证机械能守恒定律的方法。纸带上的第一个点为计时起点0 ，该点
的速度应该为零。
1
2 1
h = 2 gt =2 ×9.8×0.022m < 2 mm
实验方案设计及其数据处理
方案一：自由落体法
4、数据处理
问题3：可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用起始点吗）?
A
1.实验原理：
砝码通过绕过定滑轮的细线牵连静止放在气垫导轨
由m1和m2组成的系统，m2>m1,将m2
上的滑块，从静止释放。设砝码和托盘总质量为m，滑
由静止，系统重力势能的减少量等于
块和挡光条总质量为M。
动能的增加量。
1
= + 2
2
=
∆
实验方案设计及其数据处理
其他创新设计
如图，悬挂在O点的小球摆到最低点时恰好与桌面接触但
4T
4×0.02
(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离s，则以 为
纵坐标、s为横坐标画出的图像应是下列选项中的____.
解析 在验证机械能守恒定律的实验中，
v2
1 2
有：mgs＝ mv ，则有： ＝gs，g 是常数，
2
2
v2
所以 －s 图像为过原点的倾斜直线，
2
图线的斜率等于g，即重力加速度，故选C.
v1＝ ＝
－2 m/s ＝1.00 m/s,v2＝ ＝
－2 m/s＝2.50 m/s
t 1 5.00×10
t2 2.00×10
5.25 J，重力势能的减
(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为______
5.29 J.
高中物理新教材同步必修第二册 第8章 5 实验：验证机械能守恒定律
5 实验：验证机械能守恒定律[学习目标] 1.明确验证机械能守恒定律的基本思路并能进行相关量的测量.2.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、实验思路机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此研究过程一定要满足这一条件．本节实验我们以只有重力做功的过程进行研究． 二、物理量的测量及数据分析只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化．(1)要验证的表达式：12m v 22＋mgh 2＝12m v 12＋mgh 1或12m v 22－12m v 12＝mgh 1－mgh 2.(2)所需测量的物理量：物体所处两位置之间的高度差、物体的运动速度． 三、参考案例案例1 研究自由下落物体的机械能 1．实验器材铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸(或墨粉纸盘)、导线、刻度尺、交流电源． 2．实验步骤(1)安装装置：按图甲所示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．(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．先接通电源后释放纸带，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)选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置之间的距离Δh 及在两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证．3．数据处理(1)计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式v n ＝h n ＋1－h n －12T，计算出某一点的瞬时速度v n . (2)验证方法方法一：利用起始点和第n 点．选择开始的两点间距接近2 mm 的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内mgh n ＝12m v n 2，则机械能守恒定律得到验证．方法二：任取两点A 、B .如果在实验误差允许范围内mgh AB ＝12m v B 2－12m v A 2，则机械能守恒定律得到验证．方法三：图像法(如图所示)．若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g 的直线，则机械能守恒定律得到验证． 4．误差分析本实验的误差主要是测量纸带产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差． 5．注意事项(1)安装打点计时器时，要使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力． (2)应选用质量和密度较大的重物．(3)实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落． (4)本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m .(5)速度不能用v ＝gt 或v ＝2gh 计算，应根据纸带上测得的数据，利用v n ＝h n ＋1－h n －12T 计算瞬时速度．案例2 研究沿斜面下滑物体的机械能 1．实验器材如图所示，气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块．2．实验步骤把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大．测量两光电门之间高度差Δh 和滑块通过两个光电门时的速度v 1、v 2，代入表达式验证． 3．物理量的测量及数据处理 (1)测量两光电门之间的高度差Δh ；(2)根据滑块经过两光电门时遮光条的遮光时间Δt 1和Δt 2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度．若遮光条的宽度为ΔL ，则滑块经过两光电门时的速度分别为v 1＝ΔL Δt 1，v 2＝ΔLΔt 2；(3)若在实验误差允许范围内满足mg Δh ＝12m v 22－12m v 12，则验证了机械能守恒定律．4．误差分析两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小．一、实验步骤和数据处理例1 某实验小组“用落体法验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示．实验中测出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 12m v 2，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：(1)关于上述实验，下列说法中正确的是________． 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(2)如图乙是该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O 点是起始点，选取纸带上连续的点A 、B 、C 、D 、E 、F 作为计时点，并测出各计时点到O 点的距离依次为27.94 cm 、32.78 cm 、38.02 cm 、43.65 cm 、49.66 cm 、56.07 cm.已知打点计时器所用的电源是50 Hz 的交流电，重物的质量为0.5 kg ，则从计时器打下点O 到打下点D 的过程中，重物减少的重力势能ΔE p ＝________ J ；重物增加的动能ΔE k ＝________ J ，两者不完全相等的原因可能是________________．(重力加速度g 取9.8 m/s 2，计算结果保留三位有效数字)(3)实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计时点A 、B 、C 、D 、E 、F 各点的瞬时速度v ，以各计时点到A 点的距离h ′为横轴，v 2为纵轴作出图像，如图丙所示，根据作出的图像，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒的依据是__________________．答案 (1)BC (2)2.14 2.12 重物下落过程中受到阻力作用 (3)图像的斜率等于19.52，约为重力加速度g 的两倍，故能验证解析 (1)重物最好选择密度较大的铁块，选项A 错误．本题是以自由落体运动为例来验证机械能守恒定律，需要验证的方程是mgh ＝12m v 2，因为我们是比较mgh 、12m v 2的大小关系，故m 可约去，不需要测量重物的质量，选项B 正确．实验中应先接通电源，后释放纸带，选项C 正确．不能利用公式v ＝2gh 来求解瞬时速度，否则体现不了实验验证，而变成了理论推导，选项D 错误．(2)重力势能减少量ΔE p ＝mgh ＝0.5×9.8×0.436 5 J ≈2.14 J ．利用匀变速直线运动的推论：v D ＝Δx Δt ＝0.496 6－0.380 20.04 m/s ＝2.91 m/s ，E k D ＝12m v D 2＝12×0.5×(2.91)2 J ≈2.12 J ，动能增加量ΔE k ＝E k D －0＝2.12 J ．由于存在阻力作用，所以重力势能的减少量大于动能的增加量． (3)根据mgh ′＝12m v 2－12m v A 2，则有v 2＝2gh ′＋v A 2；当图像的斜率为重力加速度的2倍时，即可验证机械能守恒，而图像的斜率k ＝10.36－5.480.25＝19.52，因此能粗略验证自由下落的物体机械能守恒．例2 现利用如图所示装置“验证机械能守恒定律”．图中AB 是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的数字计时器都没有画出．让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的数字计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2 s 、2.00×10－2 s ．已知滑块质量为2.00 kg ，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm ，光电门1和2之间的距离为0.54 m ，g 取9.80 m/s 2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度．(结果均保留三位有效数字)(1)滑块通过光电门1时的速度v 1＝______ m/s ，通过光电门2时的速度v 2＝________ m/s. (2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为______ J ，重力势能的减少量为________ J. (3)实验可以得出的结论：_________________________.答案 (1)1.00 2.50 (2)5.25 5.29 (3)在实验误差允许的范围内，滑块的机械能守恒解析 (1)v 1＝L t 1＝5.00×10－25.00×10－2 m/s ＝1.00 m/sv 2＝L t 2＝5.00×10－22.00×10－2m/s ＝2.50 m/s(2)动能增加量ΔE k ＝12m v 22－12m v 12＝5.25 J.重力势能的减少量： ΔE p ＝mgs sin 30°≈5.29 J.(3)在实验误差允许的范围内，滑块的机械能守恒． 二、创新实验例3 用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，物块2从高处由静止开始下落，物块1上拖着的纸带打出了一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．图乙给出的是实验中获取的一条纸带，其中0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个计时点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示．已知物块1、2的质量分别为m 1＝50 g 、m 2＝150 g ．(电源频率为50 Hz ，结果均保留两位有效数字)(1)在纸带上打下计数点5时的速度v 5＝____ m/s.(2)在打点0～5过程中，系统动能的增加量ΔE k ＝____ J ，系统重力势能的减少量ΔE p ＝____ J ． (g 取10 m/s 2)(3)若某同学作出的12v 2－h 图像如图丙所示，则当地的实际重力加速度g ＝________ m/s 2.答案 (1)2.4 (2)0.58 0.60 (3)9.7解析 (1)物块做匀变速直线运动，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，可知在纸带上打下计数点5时的速度v 5＝h 462T ＝0.216 0＋0.264 02×0.1m/s ＝2.4 m/s.(2)在打点0～5过程中，系统动能的增量ΔE k ＝12(m 1＋m 2)v 52≈0.58 J ，系统重力势能的减少量ΔE p ＝(m 2－m 1)gh 5＝0.60 J.(3)根据机械能守恒定律得12(m 1＋m 2)v 2＝(m 2－m 1)gh ，则有12v 2＝m 2－m 1m 1＋m 2gh ＝12gh ，所以12v 2－h图像的斜率k ＝12g ＝5.821.20m/s 2＝4.85 m/s 2，故g ＝9.7 m/s 2.例4 如图所示装置可用来验证机械能守恒定律．长度为L 的轻绳一端固定在O 点，另一端系一摆锤A ，在A 上放一个小铁片．现将摆锤拉起，使轻绳偏离竖直方向θ角，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，这时铁片将做平抛运动而飞离摆锤，用刻度尺量出铁片的水平位移为x ，下落高度为H .(不计A 与铁片间的摩擦)(1)要验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤初始位置离最低位置的高度，其高度应为________，同时还应求出摆锤在最低位置时的速度，其速度应为_______．(重力加速度为g ) (2)用实验中测量的物理量写出验证摆锤在运动中机械能守恒的关系式为______________． 答案 (1)L (1－cos θ) xg2H(2)x 2＝4HL (1－cos θ)解析 (1)摆锤下降的高度h ＝L (1－cos θ)．因摆锤与铁片一起运动到最低位置，所以摆锤在最低位置时的速度等于铁片的平抛初速度v ， 由H ＝12gt 2，x ＝v t 得v ＝x t＝x2H g＝x g 2H； (2)设摆锤质量为m ，由12m v 2＝mgh 得12m (x g 2H)2＝mgL (1－cos θ)， 整理得x 2＝4HL (1－cos θ)．1．(多选)用落体法“验证机械能守恒定律”，就是看12m v n 2是否等于mgh n (n 为计数点的编号0、1、2…n )．下列说法中正确的是( ) A ．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零 B ．h n 是计数点n 到起始点0的距离 C ．必须测量重物的质量D ．可以用v n ＝gt n 计算v n ，其中t n ＝(n －1)T (T 为打点周期) 答案 AB解析 打点计时器打第一个点时，重物的速度应为零，A 正确；h n 与v n 分别表示打第n 个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度，B 正确；本实验中，不需要测量重物的质量，因为公式mgh ＝12m v 2的两边都有m ，故只要gh ＝12v 2成立，mgh ＝12m v 2就成立，机械能守恒定律也就被验证了，C 错误；实验中应用公式v n ＝h n ＋1－h n －12T来计算v n ，D 错误．2．某同学用图(a)所示的实验装置“验证机械能守恒定律”，图(b)是用电源频率为50 Hz 的打点计时器打出的一条纸带，O 点为重锤下落的起点，选取的计数点A 、B 、C 、D 到O 点的距离在图中已标出，重力加速度g 取9.8 m/s 2，重锤的质量为1 kg.(计算结果均保留两位有效数字)(1)下列做法正确的有________． A ．必须称出重锤和夹子的质量 B ．图中两限位孔必须在同一竖直线上C ．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D ．实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源E ．处理数据时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置(2)打点计时器打下B 点时，重锤下落的速度v B ＝________ m/s ，重锤的动能E k B ＝________J. (3)从起点O 到打下B 点过程中，重锤的重力势能的减少量为________J.(4)根据(1)、(2)计算，在误差允许范围内，从起点O 到打下B 点过程中，你得到的结论是_____________．(5)如图是根据某次实验数据绘出的v 22－h 图像，图线不过坐标原点的原因是_____________．答案 (1)B (2)1.2 0.72 (3)0.73 (4)重锤下落过程中机械能守恒 (5)开始打点时重锤有一定的速度解析 (2)A 、D 间每两个计数点之间有一个计时点，则相邻两个计数点之间的时间间隔为t ＝0.04 s ，则v B ＝x AC 2t ＝0.125 4－0.032 02×0.04m/s ≈1.2 m/s ，E k B＝12m v B2＝0.72 J(3)从起点O到打下B点过程中，重锤的重力势能减少量：ΔE p＝mgh＝1×9.8×0.074 0 J≈0.73 J(4)在实验误差允许范围内，由于重锤重力势能减少量近似等于重锤动能的增加量，重锤下落的过程中机械能守恒；(5)由机械能守恒可知mgh＝12m v2－12m v02，则有v22＝gh＋v022，图线不过坐标原点的原因是开始打点时重锤有一定的速度．3．小刚同学用如图所示的实验装置“验证机械能守恒定律”，他进行如下操作：①用天平测出小球的质量为0.50 kg；②测出小球的直径为10.0 mm；③电磁铁先通电，将小球吸在其下端；④用刻度尺测出小球球心到光电门的距离为82.05 cm；⑤电磁铁断电时，小球自由下落；⑥在小球通过光电门时，计时装置记下小球通过光电门所用的时间为2.50×10－3 s，由此可算出小球通过光电门的速度．(1)由以上测量数据可计算出小球重力势能的减少量ΔE p＝________ J，小球动能的增加量ΔE k ＝________ J．(g取9.8 m/s2，结果均保留三位有效数字)(2)从实验结果中发现ΔE p______________(选填“稍大于”“稍小于”或“等于”)ΔE k，试分析可能的原因：______________.答案(1)4.02 4.00(2)稍大于小球受到空气阻力的影响解析(1)小球重力势能的减少量ΔE p＝mgh＝0.50×9.8×0.820 5 J≈4.02 J；小球通过光电门的平均速度为v＝dt ＝0.012.50×10－3m/s＝4 m/s，小球动能的变化量ΔE k＝12m v2＝4.00 J.(2)从实验结果中发现ΔE p稍大于ΔE k，可能的原因是小球受到空气阻力的影响．4．(2022·江苏阜宁中学高一期中改编)实验小组用自由落体法验证机械能守恒定律，实验装置如图．(1)下列操作或分析中正确的有________；A．实验中应选取密度大、体积小的重锤B．可以用v＝gt或v＝2gh计算某点的速度(2)实验中，小明同学选出一条清晰的纸带如图所示．在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h A、h B、h C.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m，从打O点到打B 点的过程中，则打点计时器打下B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了ΔE p＝________，重锤动能的增加量为ΔE k＝________；很多实验结果显示，重力势能的减少量略________(填“大于”或“小于”)动能的增加量，原因是________．(3)小华同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v以及v2，根据下表中数据在图中作出v2－h图像如图所示；v/(m·s－1)0.98 1.17 1.37 1.56 1.82 1.95v2/(m2·s－2)0.96 1.37 1.88 2.43 3.31 3.80h/(×10－2m) 4.927.029.6312.5015.6819.48依据小华同学处理数据的方法，实验需要验证的机械能守恒的表达式为________，因此小华同学根据图像验证机械能守恒的依据是求出图像的斜率是否近似为________．答案 (1)A (2)mgh B m (h C －h A )28T2 大于 阻力的影响 (3)v 2＝2gh 2g 解析 (2)从打O 点到打B 点的过程中，打点计时器打下B 点时重锤的重力势能比开始下落时减少为ΔE p ＝mgh B ，打B 点时的速度为v B ＝h C －h A 2T重锤动能的增加量为ΔE k ＝12m v B 2＝m (h C －h A )28T 2重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是阻力的影响，使得部分重力势能转化为内能．(3)若机械能守恒，则有mgh ＝12m v 2，整理可得实验需要验证的机械能守恒的表达式为v 2＝2gh ，根据机械能守恒的表达式可知图线的斜率为k ＝2g .5．利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置示意图如图所示．(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m ，将导轨调至水平．②用游标卡尺测出挡光条的宽度l ＝9.30 mm.③由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s ＝________ cm.④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt 1和Δt 2. ⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M ，再称出托盘和砝码的总质量m .(2)用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式．①滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为v 1＝________和v 2＝________.②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1＝________和E k2＝________.③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量ΔE p ＝________(重力加速度为g )．(3)如果ΔE p ＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．答案 (1)③60.00(答案在59.96～60.04之间的，也正确) (2)①l Δt 1 l Δt 2 ②12(M ＋m )(l Δt 1)2 12(M ＋m )(l Δt 2)2 ③mgs (3)12(M ＋m )(l Δt 2)2－12(M ＋m )(l Δt 1)2 解析 (1)③s ＝80.30 cm －20.30 cm ＝60.00 cm. (2)①由于挡光条宽度很小，因此可以将挡光条通过光电门时的平均速度当成瞬时速度，滑块通过光电门1和光电门2时的瞬时速度分别为v 1＝l Δt 1，v 2＝l Δt 2. ②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统的总动能分别为E k1＝12(M ＋m )v 12＝12(M ＋m )(l Δt 1)2； E k2＝12(M ＋m )v 22＝12(M ＋m )(l Δt 2)2. ③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量ΔE p ＝mgs .(3)如果在实验误差允许的范围内ΔE p ＝12(M ＋m )(l Δt 2)2－12(M ＋m )(l Δt 1)2，则可认为验证了机械能守恒定律．6.某同学利用如图所示装置“验证小球摆动过程中机械能守恒”，实验中小球摆到最低点时恰好与桌面接触但没有弹力，D 处(箭头所指处)放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时能被割断，小球做平抛运动落到地面，P 是一刻度尺．该同学的方案优点是只需利用刻度尺测量A 位置到桌面的高度H 、桌面到地面的高度h 及小球平抛运动的水平位移x 即可．(1)测量A 位置到桌面的高度H 应从________(填“球的上边沿”“球心”或“球的下边沿”)开始测．(2)实验中多次改变H 值并测量与之对应的x 值，利用作图像的方法去验证．为了直观地表述H 和x 的关系(图线为直线)，若用横轴表示H ，则纵轴应表示________．(填“x ”“x 2”或“x ”)(3)若小球下摆过程中机械能守恒，则h 、H 和x 的关系为H ＝________.答案 (1)球的下边沿 (2)x 2 (3)x 24h解析 (1)测量A 位置到桌面的高度H ，即球下降的高度，因为到达桌面时是球的下边沿与桌面接触，所以测量高度H 时应从球的下边沿开始测．(2)、(3)根据h ＝12gt 2得：t ＝2h g则平抛运动的初速度为v ＝x t＝x g 2h ， 若小球下摆过程中机械能守恒，有：mgH ＝12m v 2 解得：x 2＝4hH ，即H ＝x 24h . 7.为了验证机械能守恒定律，同学们设计了如下的实验：(1)不计挡光片的质量，所用钩码的质量相同，如图所示，由静止释放钩码A 、B 、C ，实验测得，释放钩码时挡光片距光电门的距离为h ，挡光片遮光的时间为t ，挡光片宽度为d .若系统机械能守恒，则需要验证：h ＝________(用物理量字母表示，已知当地的重力加速度为g )；(2)下列建议中能对减小该实验误差有作用的是________．A ．绳子越长越好B ．使用质量小且结实的绳子C ．尽量保证钩码只沿竖直方向运动，不要摇晃答案 (1)3d 22gt2 (2)BC 解析 (1)钩码通过光电门的速度为v ＝d t若系统机械能守恒，则有(2m －m )gh ＝12×3m v 2 解得h ＝3v 22g ＝3d 22gt2 (2)由h ＝3d 22gt2知，与绳子长度无关，A 错误；钩码在运动的过程中，细绳也在运动，也具有动能，故使用质量小且结实的绳子可使实验减小系统误差，B 正确；尽量保证钩码只沿竖直方向运动，因为摇晃会使得钩码在水平方向上有速度分量，影响实验验证结果，C 正确．。
人教版高中物理必修第二册精品课件 第8章 机械能守恒定律 5 实验 验证机械能守恒定律
探究点二
实验拓展创新
知识归纳
1.用光电门测定小球下落的速度。利用光电门测出挡光条通过光电门的
时间Δt,从而利用v=
Δ
计算滑块通过光电门的速度。可以用一个光电门
进行实验(如图所示),测出金属球下落到某位置的瞬时速度,选从释放位置
到光电门所在的位置进行验证,也可以用两个光电门进行验证,测出小球下
落过程中经过的这两个位置的瞬时速度。
滑块、遮光条、数字毫秒计)进行实验,此外可供使用的实验器材还有:天
平、刻度尺等。
(1)某同学设计了如下的实验步骤,其中不必要的步骤是 ②④
;
①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ,并连接数字毫秒
计;
②用天平测量滑块和遮光条的总质量m;
③已知遮光条的宽度d;
④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l;
高度h1、h2、h3…。
2.数据处理
(1)方法一:利用起始点和第n点
1
从起始点到第 n 个计数点,重力势能减少量为 mghn,动能增加量为2 2 ,计算
1
ghn 和2 2 ,如果在实验误差允许的范围内
1
ghn=2 2 ,则机械能守恒定律得到
验证。
(2)方法二:任取两点 A、B
1
打点计时器、纸带、秒表、交流电源、导线、重
锤、天平。其中不必要的是 秒表 、 天平 。
甲
(2)在一次实验中,质量为1 kg的重物自由下落,在纸带上打出一系列的点,
如图乙所示。O为打点计时器打下的第一个点,若纸带上相邻两个点之间
时间间隔为0.02 s,从起点O到打下记数点B的过程中,重力势能减少量ΔEp=
重难探究·能力素养全提升
2024-2025学年新教材高中物理第八章5实验：验证机械能守恒定律(1)教案新人教版必修2
-然后，将动能的增加量减去重力势能的减少量，得到差值。
-最后，比较差值是否为零，以验证机械能守恒定律。
4.实验结果的讨论和解释
题目：请根据实验结果，解释机械能守恒定律是否成立，并说明可能的误差来源。
答案：根据实验结果，如果计算得到的动能增加量和重力势能减少量的差值接近零，那么可以认为机械能守恒定律在实验条件下成立。然而，实验结果可能受到以下误差来源的影响：
在教授完“验证机械能守恒定律”这一节后，我认为有必要进行一次深入的教学反思，以评估教学效果并识别需要改进的地方。以下是我的一些反思和计划：
首先，我注意到学生在理解机械能守恒定律的原理方面存在一定困难。虽然我在课堂上进行了详细的讲解，但部分学生仍然难以完全理解。因此，我计划在下一次教学中，通过更多实际例子和可视化工具来帮助学生更好地理解这一概念。例如，可以使用动画演示重锤下落过程中的能量转换，让学生更直观地看到能量的变化。
过程：
学生分组进行实验操作，测量相关数据。
引导学生运用数据处理方法，计算重力势能的减少量和动能的增加量。
分析实验结果，验证机械能守恒定律。
4.学生小组讨论（10分钟）
目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。
过程：
将学生分成若干小组，每组分析实验结果，讨论实验中遇到的问题及解决方法。
小组内讨论实验现象对机械能守恒定律的验证，以及如何改进实验。
（5）让学生结合实验结果和数据分析，撰写一篇关于“验证机械能守恒定律”的实验报告或论文，以提高他们的写作能力和学术素养。
（6）开展课堂讨论和小组合作，让学生就实验结果进行分析和讨论，提出自己的观点和见解，培养他们的合作精神和批判性思维。
8.5 实验：验证机械能守恒定律(教学课件)- 高中物理人教版(2019)必修第二册
中正确的是( AB )
A.打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零
B. hn是计数点n到起始点0的距离 C.必须测量重物的质量
D.用vn＝gtn计算vn时，tn＝(n－1)T (T 为打点周期)
三、验证机械能守恒定律—【应用】
例2.某实验小组“用落体法验证机械能守恒
定律”，实验装置如图甲所示。实验中测出
课堂小结
验证机械能 守恒定律
实验原理 实验器材
实验步骤 数据处理 误差分析
自由落体运动的物体，重力势能的减少量等于 动能的增加量
铁架台（带铁夹）、电磁打点计时器、重物（带 夹子）、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低 压交流电源（4~6V）
1.安装装置、2打纸带、3.选纸带、4.测距离
1.计算各点对应的瞬时速度 2.机械能守恒定律的验证 重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩 擦力引起的系统误差
三、验证机械能守恒定律—【应用】
练习2、用落体法验证机械能守恒定律的实验中： （1）运用公式 mv2 =mgh对实验条件的要求是
2
__重__物__从__静__止__开__始__下__落___，打点计时器打点的时间 间隔为0.02s，则所选择的纸带第1、2两点间的距离 应接近__2_m_m___。
三、验证机械能守恒定律—【应用】
实验注意事项
课外拓展
用如图所示实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。从高处由 静止开始下落， m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹 进行测量，即可验证机械能守恒定律。图中给出的是实验中获得的 一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图 中未标出），计数点间的距离如图所示。已知m1 =50g， m2 =150g， 电源频率为50Hz，则：（结果保留两位有效数字）
人教版高中物理必修第2册 第八章 机械能守恒定律 5 实验 验证机械能守恒定律
vB2
-
1 2
v
2 A
,如果在实验误差允许的范围内ghAB=
1 2
vB2
-
1 2
v
2 A
,则机械能守恒定律得到验证。
方法三:图像法。
计算各计数点的 1 v2,以 1 v2为纵轴,以各计数点到第一个点的距离h为横轴,根据实验
22
数据绘出 1 v2-h图线。若在误差许可的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线,
2
则验证了机械能守恒定律。
vD=
(58
74) 10-3 2 0.04
m/s=1.65 m/s
故ΔEk=
1 2
mvD2
-
1 2
mvC2
=1
2
m(vD2
-vC2
)=1
2
m×(1.652-1.252)=0.58m(J)
而-ΔEp=mg·CD=m×10×58×10-3=0.58m(J)
可见ΔEk=-ΔEp,这就验证了圆柱棒自由下落时机械能是守恒的。
第八章 机械能守恒定律
5 实验:验证机械能守恒定律
1.知道验证机械能守恒定律实验的思路。 2.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。 3.掌握利用气垫导轨和数字计时器验证机械能守恒定律的原理和方法。
1 |实验原理
让物体自由下落,忽略阻力的情况下,物体的机械能守恒。有两种方案验证物
体的机械能守恒:
计算各点对应的瞬时速度
记下第1个点的位置O,在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3、
…测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3、…,再根据公式vn=
hn1-hn-1 2T
计算出1、
2、3、4、…、n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4、…、vn。
物理人教版(2019)必修第二册8.5实验：验证机械能守恒定律(共34张ppt)
持纸带竖直，以减小摩擦阻力，先接通电源，再释放纸带。
三、数据处理：
1.纸带如何选取？
①点迹清晰
②前两点间的距离约为2 mm
（确保初位置速度为0）
1 2
1
h gt 9.8 0.022 m 2mm
2
2
如果没有符合这一条件的怎么办，该如何验证？
时间，不需要秒表．实验中需要刻度尺测量点迹间的距离，从而求
解瞬时速度和下降的高度，故选项 D 正确，A、B、C 错误．]
1 2
2．(多选)用自由落体法验证机械能守恒定律，就是看 mvn是否
2
等于mghn(n为计数点的编号0、1、2…n)．下列说法中正确的是
铁架台
重物
夹子
二、实验步骤
1．按图安装实验器材，电源接学生电源，并将输出电压调至4~6V交流。
接通电源前，用手提升纸带至重锤靠近打点计时器处。
2．先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。关闭电源，取下纸带备
用。
3．重复步骤2两次，打出3条纸带。
4．取点迹清晰，且第一、二点距离接近2mm的纸带进行测量。先将第
可以避开起始点
B
A
Δh
我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB
1
2 1
mv B - mvA 2 mg h
2
2
1 2 1 2
v B - vA g h
2
2
2.距离如何测量？
①在距离O点较远处依次标记计数点1、2、3…
②用刻度尺从初始点开始，一次测量出各点对应刻度。
2
1
O
h1
h2
精品人教版高中物理必修2第8章第5节实验：验证机械能守恒定律课件
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？
x =21 gt2 =21 ×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm 纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。
ห้องสมุดไป่ตู้
思 可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起 考 始点吗）?
A
B
Δh
我们可以选取A、B两点，比较它们的机械 能EA和EB。若以点B为0 势能点，则有：
3、vn
hn1 hn1 2T
第1种方法是根据机械能守恒 定律得到的，而我们的目的就 是验证机械能守恒定律，所以 不能用
第2种方法认为加速度为g，由 于各种摩擦阻力不可避免，所 以实际加速度必将小于g，这 样将得到机械能增加的结论， 有阻力作用机械能应该是减少 的，故这种方法也不能用
注 1、安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在 意 同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 事 2、应选用质量和密度较大的重物，增大重力可 项 可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小
能守恒定律，所以不能用。
速度能不能用 v = 2gh 或 v = gt 计算？
这种方法认为加速度为g ，由于各种摩擦阻力不 可避免，所以实际加速度必将小于g，这样将得 到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是
减少的，故这种方法也不能用。
计算物体的速度，可有三种方法
1、vn 2ghn
2、vn gtn
8.5 实验：验证机械能守恒定律
人教版高中物理 必修2
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知识回顾：机械能守恒定律的内容是什么？ 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。 上节课我们从理论上学习了机械能守恒定律，我们从定律内容及守恒 条件上初步理解了机械能守恒定律，今天我们通过自己亲身实验从感 性上对定律再做进一步的理解。