江苏专版2023-2024学年新教材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件新人教版必修第二册

第八章

机械能守恒定律5

实验：验证机械能守恒定律1科学探究·实验过程全贯通2精准典题·实验考点全剖析3分层作业学习目标学科核心素养1.理解验证机械能守恒定律的原理。会设计实验方案，确定需要测量的物理量，并采用正确的方法测量相关的物理量。2.能够控制实验条件，正确进行实验操作，获取物体下落的高度和速度大小等数据，会分析动能增加量小于重力势能减少量的原因，并采取相应措施，以减小实验误差。3.树立实事求是的科学态度，培养认真严谨的科学精神。科学探究：能制订验证机械能守恒定律的实验方案，确定需要测量的物理量，学会正确使用实验器材获取数据，对数据进行分析后得出结论，与同学讨论并分析误差及产生的原因，并能用物理语言准确描述实验结论。科学态度与责任：通过实验验证，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。01科学探究·实验过程全贯通一、实验思路：机械能守恒的前提是“只有____________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。重力或弹力二、物理量的测量及数据分析：只有重力做功时，只发生________________的转化。

（2）所需测量的物理量：物体所处两位置之间的________、物体的__________。实验方案1

研究自由下落物体的机械能1.实验器材：铁架台（带铁夹）、____________、重物（带夹子）、纸带、复写纸（或墨粉纸盘）、导线、________、__________等。重力势能和动能

高度差运动速度打点计时器刻度尺交流电源2.实验步骤（1）安装装置：按图甲所示将检查、调整好的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。

接通电源释放纸带自由下落3.数据处理

4.注意事项（1）安装打点计时器时，要使两限位孔在____________上，以减小摩擦阻力。（2）应选用质量和______较大的重物。（3）实验时，应先__________，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_

_______。

5.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。实验方案2

研究沿斜面下滑物体的机械能1.实验器材:气垫导轨、数字计时器、带有________的滑块。同一竖直线密度接通电源

遮光条2.实验步骤（1）调装置：把气垫导轨调成______状态，安装两个数字毫秒计，使其相距较远；（2）接气源：接通气泵电源，使滑块沿倾斜导轨下滑并先后通过两个数字毫秒计；

倾斜3.数据处理

4.注意事项（1）气垫导轨的轨面不能敲、碰，如果有灰尘污物，可用棉球蘸酒精擦净。（2）适当增大两个光电门之间的距离。（3）滑块内表面光洁度很高，严防划伤,更不容许掉在地上。（4）实验时保持气垫导轨的气流通畅，只有气轨喷气，才可将滑块放在气轨上面；实验完毕,先从气轨上取下滑块，再关气源，以避免划伤气轨与滑块。5.误差分析（1）测量滑块下滑高度不准确造成误差。（2）滑块下滑过程中不可避免地要克服阻力做功，从而导致动能的变化量略小于对应的重力势能的变化量。02精准典题·实验考点全剖析一、实验原理和操作例题1

[2022江苏苏州调研]小华同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律。下列说法正确的是(

)

C

等于这段时间的平均速度，可分别求出打下这两点的速度，进而可求出动能的增加量，量出两点的距离后，可以求出重力势能的减小量，然后两者对比，即可验证机械能守恒定律，故C正确；重物带动纸带下落过程中，还会受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能有部分转化为摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量略大于动能的增加量，故D错误。例题2

[2022江苏宜兴期末]在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中。（1）学生在操作实验过程中有下列四种情况，其中正确操作的是________。A.&1&

B.&2&

C.&3&

D.&4&

（1）学生在操作实验过程中有下列四种情况，其中正确操作的是___。CA.&5&

B.&6&

C.&7&

D.&8&

1.95

1.951.93

0.20

（1）实验中需要用到的器材有________（填选项前的字母）。A.天平

B.弹簧测力计

C.打点计时器

D.停表

（3）验证本系统机械能守恒的表达式为________（用已知量和能直接测量的量表示）。（4）下列情况下可能增大实验误差的是________。

（1）实验中需要用到的器材有___（填选项前的字母）。AA.天平

B.弹簧测力计C.打点计时器

D.停表

（3）验证本系统机械能守恒的表达式为_

___________________________（用已知量和能直接测量的量表示）。

（4）下列情况下可能增大实验误差的是___。D

二、数据处理与分析

2.4

0.580.60

9.7

例题5

[2023江苏盐城期中]图示为“验证机械能守恒定律”的实验装置。实验中，将完全相同的挡光片依次固定在圆弧轨道上，测出部分数据如下表：0.080.060.040.020（1）关于摆锤机械能守恒的条件，以下理解正确的是(

)

A.摆锤仅受重力时，机械能才守恒

B.只有合外力为零时，机械能才守恒C.只有重力对摆锤做功时，机械能才守恒

D.只有合外力做功为零时，机械能才守恒

A.&9&

B.&10&

C.&11&

D.&12&

（1）关于摆锤机械能守恒的条件，以下理解正确的是(

)

CA.摆锤仅受重力时，机械能才守恒B.只有合外力为零时，机械能才守恒C.只有重力对摆锤做功时，机械能才守恒D.只有合外力做功为零时，机械能才守恒[解析]

摆锤若要机械能守恒，则在运动过程中只有重力对其做功，故选C。

0.02680.0118

CA.&13&

B.&14&

C.&15&

D.&16&

三、实验改进与创新

（2）关于实验装置和操作，以下说法正确的是________。A.刻度尺应固定在竖直平面内B.选择体积大的小球C.小球实际下落过程中动能的增加量大于重力势能的减少量

（2）关于实验装置和操作，以下说法正确的是___。AA.刻度尺应固定在竖直平面内B.选择体积大的小球C.小球实际下落过程中动能的增加量大于重力势能的减少量[解析]

由于小球做自由落体运动，为了测量小球下落的距离，刻度尺应固定在竖直平面内，A正确；为了减小空气阻力，一般选择体积较小的小球，B错误；由于空气阻力的影响，小球实际下落过程中动能的增加量小于重力势能的减少量，C错误。故选A。

（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_

_____。

（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____________________。

03分层作业一、实验原理与操作1.[2022江苏徐州学业考试]用图示器材做“验证机械能守恒定律”的实验。在即将释放重物前，下列示意图中更合适的是(

)

DA.&17&

B.&18&

C.&19&

D.&20&

2.[2022江苏盐城高一期中]某实验小组用打点计时器验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。（1）除图示器材外，下列器材中，必需的一组是________。（选填选项前字母）A.直流电源及导线、刻度尺

B.直流电源及导线、天平及砝码C.交流电源及导线、天平及砝码

D.交流电源及导线、刻度尺

（4）关于实验误差，下列说法正确的是________。（选填选项前字母）A.重锤质量的称量不准会造成较大误差B.重锤质量选用得大些，有利于减小误差C.重锤质量选用得较小些，有利于减小误差D.先释放重物，后接通电源会造成较大误差（1）除图示器材外，下列器材中，必需的一组是___。（选填选项前字母）DA.直流电源及导线、刻度尺

B.直流电源及导线、天平及砝码C.交流电源及导线、天平及砝码

D.交流电源及导线、刻度尺[解析]

图示实验中，必需交流电源供打点计时器工作，还需刻度尺测量纸带上各点间的距离，故选D。

0.2370.233

大于存在空气阻力和摩擦阻力[解析]

由于存在空气阻力和摩擦阻力，物体重力势能的减少量总是大于动能的增加量。（4）关于实验误差，下列说法正确的是_____。（选填选项前字母）BDA.重锤质量的称量不准会造成较大误差B.重锤质量选用得大些，有利于减小误差C.重锤质量选用得较小些，有利于减小误差D.先释放重物，后接通电源会造成较大误差

二、数据处理与分析3.[2022连云港期末调研]某同学用图甲所示装置验证机械能守恒定律。（1）下列四个供实验选用的重物，最合适的为________。

（2）下列做法正确的有________。

（1）下列四个供实验选用的重物，最合适的为___。B

（2）下列做法正确的有___。D

0.8470.829

斜率略小于9.8

4.[2022江苏昆山模拟预测]为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图甲所示的气垫导轨装置（包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计）进行实验。此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺。（1）某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是______；

⑤调整好气垫导轨的倾斜状态；②④

5.000.431

（4）写出两点产生误差的主要原因：____________________________________________________________________________________________。

滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差[解析]

滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差。三、实验改进与创新

⑤重复以上实验多次。根据上述实验操作过程，回答下列问题。（1）下列关于该实验的说法正确的是________。

（3）由以上数据可知，系统动能的增加量________（选填“大于”“等于”或“小于”）系统重力势能的减少量，造成这种结果的主要原因是________；（4）提出一项实验改进方法，以便减小系统误差。________（1）下列关于该实验的说法正确的是___。B