实验验证机械能守恒定律（教学课件）【教学无忧】高一物理备课（人教版2019必修第二册）

8.5实验验证机械能守恒定律人教版（2019）普通高中物理必修第二册同步教学课件第八章·机械能守恒定律目录1实验思路2物理量的测量3实验方案设计及其数据处理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、质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零参考面，经过A、B两点的速度分别为VA和VB，A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。如何推导机械能守恒的表达式？5、我们可以通过什么样的实验来验证这一定律呢？实验目的：验证机械能守恒定律知识点一：实验思路1.自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件。2.物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直(如图)，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。3.用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向垂直，对小球不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。知识点二：测量物理量

需要测量三个物理量：物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度。注意：如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量；如果只是验证机械能守恒定律可以不测物体的质量。知识点三：实验方案设计及其数据处理问题：你觉得我们要按照什么样的思路设计实验验证，我们如何设计实验方案。方案一：自由落体方案二：光滑斜面方案三：系统守恒.......知识点三：实验方案设计及其数据处理【方案一】研究自由下落物体的机械能打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等夹子纸带重物？实验器材测量物理量根据重力势能和动能的定义，很自然想到，需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体运动的速度这三个物理量.知识点三：实验方案设计及其数据处理本实验要不要测量物体的质量？mgh

=mv

212gh

=v

212无需测量物体的质量如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。知识点三：实验方案设计及其数据处理纸带上的第一个点为计时起点0（起始点的速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落）。gh

=v

21212x=

gt2=

×9.8×0.022m≈2×10-3m=

2

mm12h起始点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？纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。知识点三：实验方案设计及其数据处理可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?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：mgΔh=ΔhAB知识点三：实验方案设计及其数据处理第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。问题：计算物体的速度，可有三种方法，哪种方法不合适？为什么？知识点三：实验方案设计及其数据处理测量点n123456高度hn

/m速度vn

/(m/s)势能Ep

/J动能Ek/J数据记录知识点三：实验方案设计及其数据处理1.求瞬时速度2.守恒验证方法一:利用起始点。知识点三：实验方案设计及其数据处理数据处理知识点三：实验方案设计及其数据处理数据处理

知识点三：实验方案设计及其数据处理知识点三：实验方案设计及其数据处理误差分析1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力

(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．知识点三：实验方案设计及其数据处理2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值．3．打点计时器产生的误差(1)由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差；(2)计数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差．误差分析知识点三：实验方案设计及其数据处理注意事项1．应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力．(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小．知识点三：实验方案设计及其数据处理【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、带有遮光条的滑块。2.实验装置

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。知识点三：实验方案设计及其数据处理3.实验测量及数据处理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____，误差越小。窄知识点三：实验方案设计及其数据处理知识点三：实验方案设计及其数据处理【方案三】系统守恒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上的滑块，从静止释放。设砝码和托盘总质量为m，滑块和挡光条总质量为M。由m1和m2组成的系统，m2>m1,将m2由静止，系统重力势能的减少量等于动能的增加量。

知识点三：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。该方案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即可验证机械能守恒。知识点三：实验方案设计及其数据处理其他创新设计请尝试说出以下装置如何验证机械能守恒？验证机械能守恒定律的实验设计思路：机械能守恒定律的条件只有重力或弹力做功符合机械能守恒定律的条件的运动测量的物理量考点一：基础实验例1“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法。图1图2(1)本实验中，除铁架台、夹子、交流电源、纸带和重物外，还需选用的仪器是______。

A.秒表B.刻度尺C.天平D.打点计时器考点一：基础实验(2)在验证机械能守恒定律的实验中，得到一条纸带如图2所示，图中O点为打点计时器打下的第一点，可以看做重物运动的起点，若重物的质量为1kg，已知相邻两点时间间隔为0.02s，图中长度单位是cm，g取9.8m/s2，则打点计时器打下B点时，重物的速度VB=______m/s。从起点O到打下B点的过程中，重物动能的增加量△Ek=______J，重力势能的减小量△EP=______J，经过计算发现动能的增加量略小于重力势能的减少量，为什么___________________。(以上计算结果均保留两位有效数字)考点一：基础实验(1)【答案】BD【解析】根据实验原理可知，需要计算重物重力势能的减少量，所以需要刻度尺测量高度，动能的表达式中需要有重物的速度，所以需要使用打点计时器打点来计算瞬时速度的大小，方程两边都有质量，所以不需要天平，综上本题选BD。(2)【答案】0.97，0.47J，0.48J，重物克服阻力做功。【解析】根据平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度可得，考点一：基础实验考点一：基础实验(1)下列做法正确的有____.A.必须要称出重物和夹子的质量B.图中两限位孔必须在同一竖直线上C.将连着重物的纸带穿过限位孔，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.数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、

末位置B考点一：基础实验(2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是______J，打下C点时重物的速度大小是______m/s.(结果均保留三位有效数字)解析重物减少的重力势能为：ΔEp＝mgh＝mg(s0＋s1)＝1×9.8×(19.00＋8.36)×10－2J≈2.68J考点一：基础实验解析在验证机械能守恒定律的实验中，图线的斜率等于g，即重力加速度，故选C.(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____.考点一：基础实验【正确答案】A考点二：创新实验例2．某同学利用如图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。将小钢球从光滑轨道上的不同高度h处由静止释放，钢球的落点与轨道末端的水平距离为x。（1）用H、x及重力加速度g表示，小球离开轨道时的速度大小v=___________；（2）若x2与h的关系应满足x2=___________（用H、h等表示），便可验证机械能守恒定律。答案：4Hh考点二：创新实验变式训练2验证机械能守恒定律的实验的装置如图所示，将轻绳拉至水平后由静止释放，在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运