高中物理必修二(粤教版)课时训练16验证机械能守恒定律
高中物理 4.5 验证机械能守恒定律课件 粤教版必修2
即
������������ +������������+1 vn = 2������
=
ℎ������+1 -ℎ������-1 2������
.
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一
二
三
四
1 2 mgh,动能增加量为 mv ,如果 2
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
1 2 mgh= mv ,即 2 1 2 gh= v ,就验证了机械能 2
守恒定律.
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一
二
三
四
三、实验器材 铁架台(含铁夹),打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,导线, 毫米刻度尺,重物(带纸带夹).
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一
二
三
四
四、实验步骤 1.器材安装:按如图所示,将纸带固定在重锤上,让纸带穿过打点 计时器,用导线将打点计时器与低压交流电源相连,此时电源开关 应为断开状态.
一
二
知识精要
典题例解
迁移应用
解析:(1)本题是对实验步骤的考查.仔细分析可知,步骤B是错误 的,应该接到电源的交流输出端;步骤D是错误的,应该先接通电源, 待打点稳定后再释放纸带;步骤C不必要,根据测量原理,重锤的动 能和势能中都包含了质量m,可以约去. (2)根据匀变速直线运动规律Δs=aT2,有
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一
二
三
四
2.用手握住纸带,让重锤静止在靠近打点计时器的地方,然后接通 电源,松开纸带,让重锤自由落下,纸带上打下一系列小点. 3.从打出的几条纸带中挑选第一、二点间的距离接近2 mm且点 迹清晰的纸带进行测量,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点1、2、3、4、…,并量出各点到O点的距离 h1、h2、h3、…,计算相应的重力势能减少量mghn.
高中物理必修2粤教《第四章机械能和能源第05节验证机械能守恒定律》83PPT课件 一等奖
②按照课本所示装置安装打点计时器
思考：安装打点计时器时，应注意什么问题？ 计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向,
计时器要稳定在铁架台上,并将计时器伸出桌外。 这样做的目的是什么?
减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误 差；保证重物有足够的下落空间，以便在纸 带上能够打出较多的点，有利于进行计算．
9
实验：验证机械能守恒定律
学习目标
1、利用自由落体运动验证机械能守恒定律. 2、知道实验的原理、方法、过程. 3、对实验数据的处理及误差产生原因的分 析.
1、什么叫机械能守恒？ 2、机械能守恒的条件是什么？ 3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？ 4、机械能守恒定律的表达式是怎样的？
本实验借助自由落体运动验证机械能守恒定律
③接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带
思考：实验时，接通电源和释放纸带的顺 序怎样？
先通电源，再释放纸带 释放纸带时应注意什么问题？
释放重物前，重物应靠近打点计时 器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的 上端，确保重物由静止释放。
按如下实验步骤进行实验
①用天平测量重物的质量 ②按照课本所示装置安装打点计时器
③接通电源，待计时器工作稳定后释放 纸带 ④及时切断电源，取下纸带，标上纸带 号 ⑤更换纸带，重复以上步骤 ⑥整理器材
本实验要不要必需测物体的质量？
不是必需要测量物体的质量！
mgh = mv2/2 只证明
gh = v2/2
如果实验要求计算势能和动能的具体数据， 那就必须知道物体的质量（即：课本中所说 的用天平测物体的质量）
结论：在实验误差允许范围内，重锤重力 势能减少量等于动能的增加量，即机械能守恒。
物理粤教版必修2课时训练：4.4-4.5机械能守恒定律 验
课时训练1．关于机械能是否守恒的叙述，正确的是( )． A ．做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒 B ．做匀变速直线运动的物体的机械能可能守恒 C ．外力对物体做功为零时，机械能一定守恒 D ．只有重力对物体做功，物体的机械能一定守恒2．如图所示，在地面上以速度v0抛出质量为m 的物体，抛出后物体落到比地面低h 的海平面上．若以地面为零势能面，而且不计空气阻力，则下列说法不正确的是( )．A ．物体到海平面时的势能为mghB ．重力对物体做的功为mghC ．物体在海平面上的动能为2012mv mgh D ．物体在海平面上的机械能为2012mv 3．(2009·高考广东理科基础，8)游乐场中的一种滑梯如图所示．小朋友从轨道顶端由静止开始下滑，沿水平轨道滑行了一段距离后停下来，则( )．A ．下滑过程中支持力对小朋友做功B ．下滑过程中小朋友的重力势能增加C ．整个运动过程中小朋友的机械能守恒D ．在水平面滑动过程中摩擦力对小朋友做负功4．(2010·北京顺义高一考试)在大型游乐场里，小明乘坐匀速转动的“摩天轮”，正在向最高点运动，对此过程中小明的机械能，下列说法中正确的是( )．A ．小明的重力势能保持不变B ．小明的动能保持不变C ．小明的机械能不变D ．小明的机械能减少5．质量均为m 的甲、乙两物体离地面的高度都等于h ，将它们都无初速释放，甲沿光滑斜面滑下，乙做自由落体运动，如图所示，不计空气阻力，则下列说法不正确的是( )．A．到达地面时两球的动能相等B．到达地面时两球的速度相等C．到达地面的过程中两球的机械能都守恒D．到达地面过程中，重力做的功相等6．如图所示，轻质弹簧的一端与墙相连，质量为2 kg的滑块以5 m/s的速度沿光滑水平面运动并压缩弹簧，则弹簧在被压缩过程中最大弹性势能为J，当滑块的速度减为2 m/s时，弹簧的弹性势能为J.7．如图所示，质量为0.2 kg的小球从高处落到轻质弹簧顶端，然后压缩弹簧直到速度为零，开始下落时小球离弹簧顶端0.2 m，落到弹簧上后把弹簧压缩了0.1 m(不计空气阻力及小球与弹簧碰撞的能量损失)．求：(1)小球刚接触弹簧时的动能为多大？重力势能减少了多少？(2)最大弹性势能多大？8．如图是简化后的跳台滑雪的雪道示意图．整个雪道由倾斜的助滑雪道AB和着陆雪道DE，以及水平的起跳平台CD组成，AB与CD圆滑连接．运动员从助滑雪道AB上由静止开始，在重力作用下，滑到D点水平飞出，不计飞行中的空气阻力，经2 s在水平方向飞行了60 m，落在着陆雪道DE上．已知从B点到D点运动员的速度大小不变．(g取10 m/s2)求：(1)运动员在AB段下滑到B点的速度大小；(2)若不计阻力，运动员在AB段下滑过程中下降的高度；(3)若运动员的质量为60 kg，在AB段下降的实际高度是50 m，此过程中他克服阻力所做的功．答案与解析1. 答案：BD解析：当物体做匀速直线运动时，除重力对物体做功外，可能还有其他力做功，如降落伞在空中匀速下降时，既有重力做功，又有阻力做功，机械能不守恒；物体做匀变速运动时，可能只有重力对物体做功，如自由落体运动，此时物体的机械能守恒；外力对物体做功为零，物体的动能不变，但机械能可能变化．2. 答案：A解析：物体在海平面时的重力势能为－mgh ，A 错误；物体初、末位置的高度差为h ，重力所做的功为mgh ，B 正确；根据机械能守恒定律，初态机械能为21012E mv =，海平面上的机械能2212E mv mgh =-，由E 1＝E 2得，2201122mv mv mgh =+，所以C 、D 正确． 3. 答案：D解析：小朋友在运动过程中受阻力作用，机械能不守恒，因此不能选C ；在整个运动中支持力与运动方向垂直，因此对小朋友不做功，不能选A ；下滑中小朋友的重力势能减小，因此不能选B ；而运动过程中小朋友的机械能减少了，因此摩擦力做负功，所以选D.4. 答案：B解析：因为“摩天轮”是匀速转动，所以人的动能不变，在向上运动的过程中，人的重力势能增加，故人的机械能也增加．5. 答案：B解析：甲、乙两物体到达地面时的速度大小相等但方向不同． 6. 答案：25 21解析：滑块和弹簧组成的系统机械能是守恒的，当滑块的动能全部转化为弹性势能时，弹性势能最大，即2201125J 25J 22p E mv ==⨯⨯=； 当滑块的速度为2 m/s 时，222201111'(2522)J 21J 2222p t E mv mv =-=⨯⨯-⨯⨯=. 7. 答案：(1)0.4 J 0.4 J (2)0.6 J 解析：(1)由动能定理得21112mgh mv =，所以动能E k =mgh 1=0.2×10×0.2 J=0.4 J ，减少的重力势能也为0.4 J.(2)弹性势能的最大值等于整个过程中重力势能的减少量，Ep=mg(h 1+h 2)=0.2×10×(0.2+0.1) J=0.6 J.8. 答案：(1)30 m/s (2)45 m (3)3 000 J解析：(1)运动员从D 点飞出时的速度30m/s sv t==.依题意，下滑到助滑雪道末端B 点时的速度大小是30 m/s.(2)在下滑过程中机械能守恒，有212mgh mv =，下降的高度245m 2v h g==.(3)根据能量关系，有212f mgH W mv -=，运动员克服阻力做功 213000J 2f W mgH mv =-=.。
粤教版高中物理必修第二册课时跟踪检测(二十一)机械能守恒定律含答案
课时跟踪检测（二十一）机械能守恒定律A组—重基础·体现综合1．如图所示的四种情景中，属于重力势能转化为动能的是()A．甲图运动员把弯弓拉开将箭射出B．乙图跳伞运动员匀速下落C．丙图跳水运动员从空中下落D．丁图运动员骑自行车冲向坡顶解析：选C运动员把弯弓拉开将箭射出，是弹性势能转化为动能的过程，故A错误；跳伞运动员匀速下落，质量不变，速度不变，动能不变，高度变小，重力势能减小，所以重力势能转化为其他形式的能，故B错误；跳水运动员从空中下落，质量不变，速度增大，动能增大，高度减小，重力势能减小，此过程中，重力势能转化为动能，故C正确；运动员骑自行车冲向坡顶，运动员和自行车的质量不变，速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，此过程中，动能转化为重力势能，故D错误。
2.如图所示，无人机在空中匀速上升时，不断增加的能量是()A．动能B．动能、重力势能C．重力势能、机械能D．动能、重力势能、机械能解析：选C无人机匀速上升，所以动能保持不变，所以选项A、B、D均错；高度不断增加，所以重力势能不断增加，在上升过程中升力对无人机做正功，所以无人机机械能不断增加，所以选项C正确。
3.[多选]竖直放置的轻弹簧下连接一个小球，用手托起小球，使弹簧处于压缩状态，如图所示。
迅速放手后(不计空气阻力)()A ．放手瞬间小球的加速度等于重力加速度B ．小球和弹簧与地球组成的系统机械能守恒C ．小球的机械能守恒D ．小球向下运动过程中，小球动能与弹簧弹性势能之和不断增大解析：选BD 放手瞬间小球受弹簧弹力和重力，故其加速度大于重力加速度，A 错；整个系统(包括地球)的机械能守恒，B 对，C 错；在向下运动过程中，由于重力势能减小，所以小球的动能与弹簧弹性势能之和增大，D 对。
4．(2023·浙江6月选考)铅球被水平推出后的运动过程中，不计空气阻力，下列关于铅球在空中运动时的加速度大小a 、速度大小v 、动能E k 和机械能E 随运动时间t 的变化关系中，正确的是( )解析：选D 由于不计空气阻力，铅球被水平推出后只受重力作用，加速度等于重力加速度，不随时间改变，故A 错误；铅球被水平推出后做平抛运动，竖直方向有v y ＝gt ，则被水平推出后速度大小为v ＝v 02＋()gt 2，可知速度大小与时间不是一次函数关系，故B错误；铅球被水平推出后的动能E k ＝12m v 2＝12m []v 02＋()gt 2，可知动能与时间不是一次函数关系，故C 错误；由于忽略空气阻力，所以被水平推出后铅球机械能守恒，故D 正确。
高中物理第四章机械能和能源第五节验证机械能守恒定律自我小测含解析粤教版必修2word版本
验证机械能守恒定律1实验时，计时器电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重锤的质量为1.00 kg，甲、乙、丙三位同学分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为1.8 mm、1.9 mm、2.5 mm.可以看出其中肯定有一个学生在操作上有错误，这位同学是__________，操作错误是__________．若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续3点A、B、C到第1点的距离分别是AO＝15.55 cm，BO＝19.20 cm，CO ＝23.30 cm，计时器打下B点时，重锤重力势能的减少量为______ J，重锤增加的动能是________ J.2在用“落体法”验证机械能守恒定律的实验中：(1)所用重锤的质量m＝1.0 kg，打点计时器所用电源频率为50 Hz，打下的纸带如图所示(图中的数据为从起始点O到该点的距离)，则在打B点时，重锤的速度v B＝__________ m/s，重锤的动能E kB＝__________J，从开始下落到打B点时，重锤的势能减少量是__________J(取两位有效数字)．(2)根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v2为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是下图所示中的( )3(2010临沂卧龙学校高一期中)一个物体由H高处自由下落，设地面为参考平面，当物体的动能和重力势能相等时，则物体所经历的时间为______．4在利用打点计时器验证自由下落的物体机械能守恒的实验中，设物体在打O点时释放．打点计时器打A点时物体速度为v，如图所示．一同学在实验报告中填写如下：v ＝2.36 m/s ，h ＝27.73 cm ，v22＝2.785 m 2/s 2，gh ＝2.718 m 2/s 2由以上数据说明在误差范围内两者相等，故机械能守恒．教师批阅：“数据非实验所得！”老师作此批阅的理由是______________________________________________________．5(2009广州高一检测)(1)为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：A ．铁架台B ．打点计时器C ．复写纸D ．纸带E ．低压交流电源F ．天平G ．秒表H ．导线I ．电键 K ．米尺(1)上述器材不必要的是______(只填字母代号)，缺少的器材是______．(2)实验中下列物理量中需要直接测量的量有______，通过计算可得到的量有______(填字母序号)．A ．重锤质量B ．重力加速度C ．重锤下落的高度D ．与下落高度相应的重锤的瞬时速度(3)质量m ＝1 kg 的重锤自由下落，在纸带上打出一系列的点如图所示，O 为第一个点，A 、B 、C 为相邻的点，相邻计数点的时间间隔为0.02 s ，长度单位是cm ，取g ＝9.8 m/s 2，求：a ．打点计时器打下计数点B 时，物体的速度v B ＝______ m/s(保留两位有效数字)；b ．从点O 到打下计数点B 的过程中，物体重力势能的减少量ΔEp ＝______ J ，动能的增加量ΔEk ＝______ J(保留两位有效数字)．6交流电的频率如果不是50 Hz ，也会给本实验带来误差．试就f ＜50 Hz 和f ＞50 Hz 两种情况，讨论实验结果将出现的偏差．7为了测定一根轻弹簧压缩至最短时能储存的弹性势能大小，可以将弹簧固定在一带有凹槽轨道一端，并将轨道固定在水平桌面边缘上，如图所示．用钢球将弹簧压缩至最短，最后突然释放，钢球将沿轨道飞出桌面，实验时，(1)需要测定的物理量为______________________________________________． (2)计算弹簧最短时弹性势能的关系式是__________________________________． 8在验证机械能守恒的实验中，已知打点计时器打点间隔为T ，某一组同学得到了一条如图所示的纸带，在填写实验报告时甲、乙两个同学选择不同的数据处理方法：甲同学测出了C 点到第一点O 的距离h OC ，利用v2C ＝2gh OC 计算得到了C 点的速度，然后验证mgh OC 与12mv2C 相等．乙同学测出了A 、B 、C 、D 各点到第一点O 的距离h A 、h B 、h C 、h D ，利用v B ＝hC －hA 2T 、v C ＝hD －hB 2T 计算B 、C 点的速度，然后验证了mg(h C －h B )与12mv2C －12mv2B 是否相等．请你对甲、乙两位同学的做法逐一分析，不合理之处提出完善方法．参考答案1解析：重物在第一个0.02 s 内下落的高度大于2 mm ，说明打点计时器打下第一个点时重物已具有初速度．答案：丙 先放开纸带后接通电源 1.88 1.84 2解析：根据v t 2＝v 得v B ＝xAB ＋xBC 2T＝－－32×0.02m/s ＝0.79 m/sB 点的动能为E kB ＝12mv2B ＝12×1×(0.79)2J ≈0.31 J重锤的势能减少量为ΔE p ＝mgh ＝1×9.8×32.4×10－3J ≈0.32 J因为mgh ＝12mv 2，故v 2∝h ，作出的v 2h 图线应为过原点的直线，正确选项为C.答案：(1)0.79 0.31 0.32 (2)C3解析：由12mv 2＋12mv 2＝mgH 得物体的动能和重力势能相等时物体的速度v ＝gH ，又因v ＝gt ，所以t ＝vg＝H g. 答案：H g4解析：在本实验中，由于空气阻力、摩擦力不可避免，所以重力势能的减少量大于动能的增加量，或者说物体下落的实际加速度a ＜g ，所以实验所测数据的实际结果应是12v2＜gh.而不是这位同学的12v 2＞gh.(这也是本实验中为什么不用v ＝gt 来计算瞬时速度的原因所在．) 答案：见解析5解析：(1)要验证mgh ＝12mv 2，即gh ＝12v 2，不需测量m ，不需要用天平， h 用刻度尺测量，不需要秒表，另外还缺少重锤．(2)能用器材直接测量的量有物体下落高度h ，再经计算可测量得到对应h 的速度大小． (3)v B ＝hOC －hOA 2T ＝0.97 m/s ，ΔEp ＝mgh OB ＝0.48 J ，ΔEk ＝12mv2B ＝0.47 J.答案：(1)F 、G 重锤 (2)C D (3)0.97 0.48 0.476解析：当f ＜50 Hz 时，实际打点周期大于0.02 s ，利用v n ＝hn ＋1－hn －12T 时仍用0.02 s 计算速度，使计算得到的动能偏大，有可能出现ΔEk ＞ΔEp 的情况．当f ＞50 Hz 时，实际打点周期小于0.02 s ，计算速度时仍用0.02 s 求，使计算得到的动能偏小，使ΔEk ＜ΔEp 的误差更大．答案：见解析7解析：(1)需要测定的物理量有：钢球质量m 、桌面高度h 、钢球落点与飞出点的水平距离s.(2)弹簧最短时的弹性势能全部转化为钢球平抛时的初动能，Ep ＝12mv20，而根据平抛运动规律有：h ＝12gt 2，s ＝v 0t 得，v 0＝s2hg，故Ep ＝12mv20＝mgs24h .答案：(1)钢球质量m 、桌面高度h 、钢球落点与飞出点的水平距离s (2)Ep ＝mgs24h8解析：本题主要考查学生对验证机械能守恒定律实验原理的理解．甲同学选择从O 到C 段验证机械能守恒，计算C 点的速度用v2C ＝2gh OC 的话，犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．计算v C 可以选择v C ＝hD －hB 2T .乙同学选择了从B 到C 段验证机械能守恒，由于B 、C 较近，可造成误差偏大，可选择BD 段相对较为合适．答案：见解析。
高中物理第四章第5节验证机械能守恒定律实验报告素材粤教版必修2
第5节验证机械能守恒定律一、实验介绍1．实验目的：验证机械能守恒定律。
2．实验原理：本实验验证极其简单情形下的机械能守恒──自由落体运动。
而且，针对的是及其特殊的过程──从释放点到某位置。
二、实验器材：铁架台(带铁夹)、电火花打点计时器、电源、重锤(带纸带夹子)、纸带几条、刻度尺。
活动三：学生进行实验三、实验步骤：1、按图架稳打点计时器，并将打点计时器接入电源；2、将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方；3、接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点；4、换几条纸带，重做上面的实验；5、从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的距离接近2 mm且点迹清晰的纸带进行测量，先记下打第一个点的位置0(或A)，再任意取1、2、3、4、5五个点，用刻度尺量出各点到0的距离，并计算它们对应的重力势能填入表格；6、计算各点对应的瞬时速度和动能并填入表格；7、比较重力势能减少量和动能的增加量，得出结论；8、实验完毕，整理器材。
四、数据处理与分析依据刚才的实验，我们采集整理以下信息：各计数点 1 2 3 4 5下落高度h/m速度————v/(m·s-1)mgh/J ————mv2/J ————实验结论：思考4:可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?图象法处理数据;五、误差分析1、偶然误差：测量长度时会带来误差.2、系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，故动能的增加量ΔE K必定稍小于势能的减少量ΔE P。
完成如下思考题：（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。
其中不必要的器材有：；缺少的器材是。
（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v2／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于的数值。
高中物理 第四章 机械能和能源 第五节 验证机械能守恒定律 粤教版必修2
第五节 验证机械能守恒定律
知识目标
核心素养
1.知道验证机械能守恒定律 1.会设计实验方案，自
的方法并不唯一.
主选择合适的实验方案
2.掌握利用自由落体运动、 进行实验.
摆球等运动形式验证机械 2.通过合作探究得出信
能守恒定律的方法.
息，会根据对有效信息
3.能正确进行实验操作，分 的分析得出实验结论.
内容索引
自主预习
预习新知 夯实基础
重点探究
启迪思维 探究重点
达标检测
检测评价 达标过关
自主预习
一、实验目的 1.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度. 2.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法. 3.设计另外一种能验证机械能守恒定律的实验方案.
二、实验原理 针对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)用摆球与DISLab系统验证机械能守恒
1.实验步骤
(1)在铁架台上端用铁架悬挂一个摆球(如图3)
(2感器，并使之与数据采集器相连接.
(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.
图3
(5)研究每一个测量点上机械能的总量的特点.
重点探究
一、实验原理及基本操作
例1 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率 为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4、…、n，则： (1) 如 用 第 2 点 到 第 6 点 之 间 的 纸 带 来 验 证 ， 必 须 直 接 测 量 的 物 理 量 为 _第__2_点__到__第__6_点__之__间__的__距__离__h_2_6 _、_第__1_点__到__第__3_点__之__间__的__距__离__h_1_3、_第__5_点___ _到__第__7_点__之__间__的__距__离__h_5_7 _，必须计算出的物理量为_第__2_点__的__瞬__时__速__度__v_2_、 _第__6_点__的__瞬__时__速__度__v_6，验证的表达式为__m_g_h_2_6＝__12_m__v_62_－__12_m__v_22__.
高中物理第四章机械能和能源第5节验证机械能守恒定律课件粤教版必修2.ppt
8. 为了验证物体在自由下落过程中机械能是守恒的，
将m=0.5kg的重物系上一纸带，并将纸带穿过打点
计时器，当重物自由下落时，得到如图所示的记录
纸带，已知打点周期T=0.02s（设当地的重力加速
度g=9.9m/s2）
思考3
可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用 到起始点吗）?
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：
EKA＋mgΔh＝EKB
思考4
如何测量物体的瞬时速度?
做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度， 等于相邻两点间的平均速度。
AC x
vB
2t
2t
思考5
这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。
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。
_摩__擦__和__空__气__阻__力___做__功__,_部__分__机__械__能__转__化___为__内__能__ ④ 结论： 在__误__差__允__许_范__围__内__机__械_能__守__恒______ 。
9. 斜面长100cm，高60cm，某同学以质量为400g的 小车沿斜面下滑来验证机械能守恒定律，他从记录 小车运动的打点纸带上选取了A、B、C、D四个计 数点，已知每相邻两点间对应的时间间隔为0.1s， A与B、B与C、C与D之间的距离分别为10cm、 15cm、20cm，则小车由纸带上对应打B点时运动 到打C点时，小车动能增加了_0_._3__J，重力势能减 小了_0_.3_5__J．实际上此过程机械能并不守恒是由于 _摩__擦_力__对__小__车__做_了__功__ ，若减小斜面倾角，将使本 实验的误差_增__大___。（填“增大”、“减小”、 “不
粤教版高中物理必修二《验证机械能守恒定律》课件2-新版
一、实验目的
通过研究物体运动过程中的__动__能____和___势__能___变化， 验证械能守恒定律．
二、实验原理
1．针对只有重力做功的情形，研究其运动过程，比较物 体重__力__势__能__变化量与___动__能___变化量，若满足ΔEp＝－ΔEk.则 说明机械能守恒．
变式训练 2．某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时不慎将
一条选择好的纸带的前面一部分破坏了，测出剩下的一段纸 带上的各个点间的距离如下图所示．已知打点计时器工作频 率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.
(1)利用这段纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒； (2)分别说明为什么得到的结果是重力势能减少量ΔEp稍 大于重锤动能的增加量ΔEk.
如右图所示，用单摆和DIS装置验证机械 能守恒，将DIS装置的光电门放在A、B、C、 D各点，测出各点的速度．测量出各点对D的 高度．运用所得数据验证机械能是否守恒．
三、实验器材
方案一：打点计时器及电源、铁架台(含铁夹)、纸带 __钩__码____、刻度尺、夹子．
方案二：DISLab实验仪一套，铁架台、__摆__球____、细 线、铅笔、贴有方格纸的木板、刻度尺．
(2)实验中下列物理量中需要直接测量的量有______，通 过计算可得到的量有________(填字母序号)．
A．重锤质量 B．重力加速度 C．重锤下落的高度 D．与下自由下落，在纸带上打出一系 列的点如图所示，O为第一个点，A、B、C为相邻的点，相邻 计数点的时间间隔为0.02 s，长度单位是cm，取g＝9.8 m/s2， 求：
则动能增加量 ΔEk＝12mv2B＝12×1×0.972 J≈0.47 J
重力势能减小量ΔEp＝mghOB＝1×9.8×4.86×10－2 J≈0.48 J.
高中物理第四章第5节验证机械能守恒定律实验报告素材粤教版必修2
第5节验证机械能守恒定律一、实验介绍1．实验目的：验证机械能守恒定律。
2．实验原理：本实验验证极其简单情形下的机械能守恒──自由落体运动。
而且，针对的是及其特殊的过程──从释放点到某位置。
二、实验器材：铁架台(带铁夹)、电火花打点计时器、电源、重锤(带纸带夹子)、纸带几条、刻度尺。
活动三：学生进行实验三、实验步骤：1、按图架稳打点计时器，并将打点计时器接入电源；2、将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方；3、接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点；4、换几条纸带，重做上面的实验；5、从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的距离接近2 mm且点迹清晰的纸带进行测量，先记下打第一个点的位置0(或A)，再任意取1、2、3、4、5五个点，用刻度尺量出各点到0的距离，并计算它们对应的重力势能填入表格；6、计算各点对应的瞬时速度和动能并填入表格；7、比较重力势能减少量和动能的增加量，得出结论；8、实验完毕，整理器材。
四、数据处理与分析依据刚才的实验，我们采集整理以下信息：各计数点 1 2 3 4 5下落高度h/m速度————v/(m·s-1)mgh/J ————mv2/J ————实验结论：思考4:可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?图象法处理数据;五、误差分析1、偶然误差：测量长度时会带来误差.2、系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，故动能的增加量ΔE K必定稍小于势能的减少量ΔE P。
完成如下思考题：（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。
其中不必要的器材有：；缺少的器材是。
（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v2／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于的数值。
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1 课时训练16 验证机械能守恒定律 基础夯实 1.在用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中,下列物理量中需要测量的有( ) A.重物的质量 B.重力加速度 C.重物下落的高度 D.与重物下落高度对应的重物的瞬时速度 答案:C 解析:实验中可以用关系式mv2=mgh或=mgh来验证物体下落时的机械能守恒,两式中质量都可以约掉,故实验时不需测重物的质量,选项A错误;重力加速度为常数,实验时不需测重物的重力加速度,选项B错误;由两验证式可知,实验时需要测重物下落的高度,选项C正确;重物的瞬时速度由打出纸带上的点的相关数据计算得出,不用测量,选项D错误. 2.在利用自由落体运动验证机械能守恒定律实验中,关于本实验的叙述中,正确的有( ) A.需用天平测出重锤的质量 B.验证机械能是否守恒必须先确定重力势能的参考平面 C.打点计时器用四节干电池串联而成的电池组作为电源 D.打点计时器安装时要使两限位孔位于同一竖直线上并安装稳定,以减小纸带下落过程中的阻力 答案:D 解析:由mgh=mv2可得,v2=gh,质量可以在关系式中约掉,不必称量质量,选项A错误;利用重力势能的减少量是否等于动能的增加量验证机械能守恒定律,可以不选参考平面,选项B错误;打点计时器使用交流电源,选项C错误,选项D正确.
能力提升
3.用自由下落的物体验证机械能守恒定律的实验中: (1)运用公式=mgh对实验条件的要求是 ,为达到此目的,所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近 . (2)若实验中所用重物的质量m=1 kg,打点纸带如图所示,打点时间间隔为0.02 s,则记录B点时,重物的速度vB= ,重物的动能Ek= ,从开始下落起至落到B点,重物的重力势能减少量是 ,由此可得出的结论是 .
(3)根据纸带算出相关各点的速度v,量出下落距离h,则以为纵轴、以h为横轴画出的图象应是( ) 2
答案:(1)打第一个点时重物的初速度为零 2 mm (2)0.58 m/s 0.168 J 0.172 J 在实验误差允许的范围内,重物的机械能守恒 (3)C 解析:(1)重物从静止开始自由下落时,在0.02 s内的位移应为h=gt2=×9.8×(0.02)2 m≈2 mm. (2)vB= m/s=0.58 m/s,此时重物的动能为Ek=×1×(0.58)2 J≈0.168 J,重物的重力势能减少量为ΔEp=mgh=1×9.8×17.6×10-3 J≈0.172 J.因此在实验误差允许的范围内,重物的机械能守恒. (3)由机械能守恒定律可知,mgh=mv2,即要验证机械能守恒定律成立,只需验证v2=gh即可.如果以为纵轴,h为横轴,则图象应为过原点且斜率为g的直线,故选项C正确.
4.验证机械能守恒定律的实验装置如图所示. (1)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. 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; B.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=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v,并通过h=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. 以上方案中只有一种正确,正确的是 .(填入相应的字母) (2)某同学按照正确操作选的纸带如图所示,其中O是起始点,A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点,打点频率为50 Hz,该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离,并记录在图中(单位:cm),物体的质量为m=0.1 kg,重力加速度g取9.80 m/s2.根据以上数据当打点计时器从O点打到D点时,物体重力势能的减少量为 J,动能的增加量为 J.(要求计算结果保留三位有效数字)
(3)实验中误差产生的原 3
因: .(写出两个原因) (4)通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据,提高实验的准确程度.从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的二次方v2,然后以为纵轴,以h为横轴,根据实验数据作出图线.若在实验误差允许的范围内,图线是一条过原点且斜率为 的直线,则验证了机械能守恒定律. (5)该装置也可用于精度要求不是很高的重力加速度g的测量,依据第(2)问中选取的纸带可计算得出重力加速度g= m/s2. 答案:(1)D (2)0.190 0.186 (3)①下落过程中存在阻力;②长度的测量 (4)g (5)9.69(9.50~9.75 之间均可) 解析:(1)A、B、C方案中,v和h其中一个物理量用另一个物理量推导计算得出,与实际测量结果可能存在偏差,缺乏对实验数据的利用,某点的速度及高度只能通过vn=和测量得到,正确的是方案D. (2)ΔEp=mghOD=0.1×9.80×19.41×10-2 J≈0.190 J,vD= m/s≈1.93 m/s,则EkD=≈0.186 J. (3)误差原因主要是纸带与打点计时器的限位孔有摩擦和长度测量带来的误差,或当地的重力加速度与9.80 m/s2有偏差.(其中任意两条均可,其他答案:只要合理均正确) (4)由mgh=mv2,得=gh,故在-h图线中,斜率表示重力加速度g. (5)由Δh=gT2,可得g=9.69 m/s2. 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.
(导学号51100098) (1)实验步骤: ①将气垫导轨放在水平面上,桌面高度不低于1 m,将导轨调至水平; ②用游标卡尺测量挡光条的宽度l=9.30 mm; ③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离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能过光电门2; ⑤从光电计时器(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Δt1和Δt2;
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所示物理量的表达式. ①滑块通过光电门1和光电门2时的瞬时速度分别为v1= 和v2= . 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Ek1= 和Ek2= . ③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少量ΔEp= (重力加速度为g). (3)如果ΔEp= ,则可认为验证了机械能守恒定律. 答案:(1)③60.00(在59.96~60.04之间均可) (2)① ②(M+m)(M+m) ③mgs (3)Ek2-Ek1 解析:由于挡光条的宽度很小,因此将挡光条通过光电门时的平均速度当成瞬时速度,挡光条 4
的宽度l可用游标卡尺测量,挡光时间Δt可从光电计时器上读出.因此,滑块通过光电门的瞬时速度为.由于质量事先已用天平测出,所以,滑块的动能就可求了.计算出动能的增加值和重力势能的减少值,如果两者在实验误差允许的范围内相等,就验证了机械能守恒定律. 6.某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律.弧形轨道末端水平,离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处由静止释放,钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.
甲 (1)若轨道完全光滑,s2与h的理论关系应满足s2= (用H、h表示). (2)该同学经实验测量得到一组数据,如下表所示: h/10-1 m 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
s2/10-1 m2 2.62 3.89 5.20 6.53 7.78
请在图乙所示的坐标纸上作出s2-h关系图线.
乙 (3)对比实验结果与理论计算得到的s2-h关系图线(乙图中已画出),自同一高度由静止释放的钢球,水平抛出的速率 (选填“大于”或“小于”)理论值. (4)从s2-h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著,你认为造成上述偏差的可能原因是 . 答案:(1)4Hh (2)如解析图所示 (3)小于 (4)钢球与轨道之间存在摩擦,钢球转动(回答任一条即可) 解析:(1)根据机械能守恒定律,可得钢球离开轨道时的速度为v=,由平抛运动规律可求得钢球飞行的时间为t=,所以s=vt=,即s2=4Hh. (2)依次描点、连线,如图所示.注意不要画成折线. 5
(3)由图可以看出,同一h时的s2值,理论值明显大于实际值,而在同一高度H下的平抛运动水平射程由平抛速率决定,可见实际平抛速率小于理论平抛速率. (4)实际实验中,轨道与钢球间存在摩擦,机械能减小,因此会导致实际值比理论值小.钢球在下滑过程中会发生转动,而转动也需要能量维持,机械能守恒中并没有考虑重力势能转化成转动动能的这一部分,也会导致实际平抛速率明显小于理论平抛速率. 7.(2016山东临沂模拟)DIS实验是利用现代信息技术进行的实验.老师上课时“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图(a)所示,在某次实验中,选择DIS以图象方式显示实验的结果,所显示的图象如图(b)所示.图象的横轴表示小球距D点的高度h,纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek和机械能E机.试回答下列问题:(导学号51100099)
(a) (b) (1)图(b)的图象中,表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E机随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是 (按顺序填写相应图线所对应的文字). (2)根据图(b)所示的实验图象,可以得出的结论是 . 答案:(1)乙、丙、甲 (2)在误差允许的范围内,在只有重力做功的情况下,小球的机械能守恒. 解析:(1)根据Ep=mgh和动能定理可知,当高度增大时,重力做负功,Ep=mgh增大,动能减小,而机械能不变,则乙表示重力势能,丙表示动能,甲表示机械能. (2)小球摆动过程受到拉力和重力,拉力不做功,只有重力做功,小球的机械能守恒.故得出的结论是:在误差允许的范围内,在只有重力做功的情况下,小球的机械能守恒.