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

5．实验：验证机械能守恒定律目标体系构建【学习目标】1．理解验证机械能守恒定律的原理。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，会分析实验误差产生的原因，并能采取相应措施，以减小实验误差。【思维脉络】课前预习反馈

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

知识点1实验思路知识点2物理量的测量及数据分析mgh1－mgh2

高度差

运动速度

课内互动探究案例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(或墨粉盘)、导线、毫米刻度尺、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及两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。4．误差分析本实验的误差主要是纸带测量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，要使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。(2)应选用质量和密度较大的重物。案例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、带有遮光条的滑块。2．实验步骤如图所示，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v1、v2，代入表达式验证。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

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。典例典例剖析考点一实验原理及操作步骤(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中要用工具测量和通过计算得到的有

(

)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CD

(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；在以上步骤中，不必要的步骤是_____；有错误或不妥的步骤是________(填写代表字母)；更正情况是①_______________________________________________，②_______________________________，③__________________________，④__________________________。A

BCDF

B中手应抓住纸带末端让重锤尽量靠近打点计时器

C中应先接通电源，再松开纸带

D中应选取离O点较远的点

(3)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。(4)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。减小

略大于

有错误或不妥的步骤是B、C、D、F。原因和更正办法分别是：①B中“让手尽量靠近打点计时器”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”。因打点计时器应从与重锤靠近的纸带处开始打点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约40cm即可。②C中应先接通电源，后松开纸带。因为只有当打点计时器工作正常后再让重锤下落，才可保证打第一个点时重锤的初速度为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点。③D中应将“距离O点较近处”改为“距离O点较远处”。因为所取的各计数点应尽量是重锤自由下落运动的真实记录，而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态，同时开始的几个点比较密集，会增加长度测量的误差。(3)打点计时器的两个限位孔如果不在同一竖直线上，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摩擦阻力做功，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。(4)实际实验中，重锤要受到空气阻力，纸带和打点计时器的振针和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。

(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9.8m/s2)典题2典例剖析考点二实验数据处理(1)选出一条清晰的纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通过频率为50Hz的交变电流。用刻度尺测得OA＝15.55cm，OB＝19．20cm，OC＝23.23cm，重锤的质量为1.00kg，(g取9.8m/s2)。甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了_________J；此时重锤的速度为_________m/s。(结果均保留三位有效数字)1.88

1.94

B

该同学做实验时先释放了纸

带，然后才合上打点计时器的开关

(2021·渝中区重庆巴蜀中学高一月考)如图甲所示，气垫导轨轨道上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，两者不会直接接触，这样滑块在导轨上运动时受到的阻力很小，几乎可以忽略，光电门由光源和光敏管组成，光源和光敏管相对，光源射出的光使光敏管感光。当滑块经过光电门时，其上的遮光片把光遮住光敏管相连的电子电路自动记录遮光时间，并通过数码屏显示出来，根据遮光条的宽度和遮光时间，可以算出滑块经过光电门时的速度。对点训练某物理兴趣小组同学为了验证物体沿光滑斜面下滑过程机械能守恒，利用气垫导轨和光电门设计了如图乙所示的实验装置，在导轨左端某位置装上光电门P，将原来已调至水平的气垫导轨的右端适当垫高，设轨道与水平桌面的夹角为θ，滑块和遮光片的总质量为M，遮光片的宽度为d，重力加速度为g，若测得滑块释放点距离光电门的距离为l，滑块经过光电门的遮光时间为t，则(以下3问均用题目中所给字母表示)：(1)滑块经过P点的速度为_________；(2)滑块从释放点到经过光电门P的过程中，滑块的重力势能的减少量为____________；(3)若表达式___________________在误差允许的范围内成立，则可验证物体在光滑斜面上下滑时机械能守恒。Mglsinθ

1．(2021·沙洋县沙洋中学高一月考)某实验小组利用图示甲装置验证机械能守恒定律。实验中先接通电磁打点计时器的低压交流电源，然后释放纸带。打出的纸带如图乙所示，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为x0，点A、C间的距离为x1，点C、E间的距离为x2。已知重物的质量为m，交流电的频率为f，从释放纸带到打出点C：素养达标(1)重物减少的重力势能ΔEp＝______________，增加的动能为ΔEk＝___________。若算得的ΔEp和ΔEk值很接近，则说明在误差允许的范围内，重物下落过程中机械能守恒。(2)一般来说，实验中测得的ΔEp________ΔEk(填“大于”、“等于”“小于”)，这是因为____________________。mg(x0＋x1)

大于

重物克服阻力做功

2．(2021·福建省武平县第一中学高一月考)在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m＝0.500kg的重锤拖着纸带下落，在此过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点。在纸带上选取五个连续的点A、B、C、D和E，如图所示。其中O为重锤开始下落时记录的点，各点到O点的距离分别是31.4mm、49.0mm、70.5mm、95.9mm、124.8mm。当地重力加速度g＝9.8m/s2，本实验所用电源的频率f＝50Hz。(结果保留三位有数数字)(1)打点计时器打下点B时，重锤下落的速度vB＝_