【物理 】实验：验证机械能守恒定律课件-2023-2024学年高一下人教版（2019）必修第二册

1、复习回顾复习回顾1.1.机械能守恒定律的内容是什么？机械能守恒定律的内容是什么？2.2.机械能守恒的条件是什么？机械能守恒的条件是什么？3.3.机械能守恒定律的表达式？机械能守恒定律的表达式？4.4.自由落体运动的物体，机械能守恒吗？自由落体运动的物体，机械能守恒吗？教科书教科书P96-97P96-97【参考案例【参考案例1 1】一、实验目的一、实验目的 验证物体做自由落体运动的过程中机械能守恒验证物体做自由落体运动的过程中机械能守恒 二、实验原理二、实验原理 在只有重力做功的自由落体运动中，在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能相互转化，但总物体的重力势能和动能相互转化，但总的机械能守恒，若物体某位置的速度为的机械能守恒，若物体某位置的速度为v v，下落高度为，下落高度为h h，则有：，则有：01234要证明上式是否成立，需要测量哪些物理量？要证明上式是否成立，需要测量哪些物理量？如何测量这些物理量？如何测量这些物理量？测量这些物理量，需要哪些器材？测量这些物理量，需要哪些器材？打点计时器、交流电源、纸带、打点计时器、交流电源、纸带、重物、重物、夹子、铁架台（含铁夹）、

2、刻度尺夹子、铁架台（含铁夹）、刻度尺三、实验器材三、实验器材1.1.选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？我们要求重物作自由落体运动，而我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大体积力对实验的影响，应采用密度较大体积小的重物。小的重物。2.2.安装打点计时器时，应注意什么问题？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，并将计时器伸出计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。桌外。3.3.这样做的目的是什么这样做的目的是什么?减小纸带与限位孔的摩擦带来的实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，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，有以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算利于进行计算 4.4.实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？先接通电源，再释放纸带先接通电源，

3、再释放纸带5.5.释放纸带时应注意什么问题？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，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。保重物由静止释放。四、实验步骤四、实验步骤1.1.按图把打点记时器安装在铁架台上，按图把打点记时器安装在铁架台上，将打点记时器与电源连接好。将打点记时器与电源连接好。2.2.把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过记穿过记时器限位孔时器限位孔，用手，用手竖直竖直提起纸带使重锤提起纸带使重锤停靠在打点记时停靠在打点记时器附近器附近。3.3.先接通电源先接通电源，后松手让重锤带着纸带下落。，后松手让重锤带着纸带下落。4.4.重复几次，得重复几次，得3535条纸带。条纸带。5.5.在打好点的纸带中挑选在打好点的纸带中挑选点迹清晰点迹清晰的一条纸带，在起始点的一条纸带，在起始点标上标上O O，以后各依次标上，以后各依次标上1 1、2 2、3.3.用刻度尺测出对应用刻度尺测出对应高度高度h h1 1、h h2 2、h h3

4、3 四、实验步骤四、实验步骤6.6.应用公式应用公式 计算各点对应的速度计算各点对应的速度v v1 1、v v2 2、v v3 3.7.7.计算各点对应的势能减少量和动能的增加量进行验证。计算各点对应的势能减少量和动能的增加量进行验证。四、实验步骤四、实验步骤验证验证：1.1.计时器打下的第一个点作为起始点，计时器打下的第一个点作为起始点，适当大距离后选一个点作终点适当大距离后选一个点作终点Vh注意：注意：必须保证纸带上的第一个点迹清晰，必须保证纸带上的第一个点迹清晰，且第且第1 1、2 2点点间距约为间距约为2mm2mm的纸带误差小。的纸带误差小。五、数据处理五、数据处理2.2.若不选第一点为起点若不选第一点为起点,怎样确定终点和起点？怎样确定终点和起点？终点可选择倒数第一个点或倒数第二个点，从这一终点可选择倒数第一个点或倒数第二个点，从这一个点向前数个点向前数4 46 6个点当起点，可以减小这两个点的瞬时个点当起点，可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离（高度速度以及两点之间距离（高度h h）测量的误差。）测量的误差。五、数据处理五、数据处理我们可以选取我们可以选取A A、B

5、B两点，比较两点，比较重力势能的减少量重力势能的减少量和和动动能的增加量，能的增加量，则有：则有：2A2B2121mvmvmghAB-=AB五、数据处理五、数据处理 M kgh m VAm/s VBm/s势能减少量mgh(J)动能增加量EK(J)1234通过本实验，我们可以得到的结论是：通过本实验，我们可以得到的结论是：五、数据处理五、数据处理在实验误差允许的范围内，在实验误差允许的范围内，物体的物体的机械能守恒机械能守恒.因重物下落中要克服阻力做功，因重物下落中要克服阻力做功，实验的动能增加量必定稍小于重力实验的动能增加量必定稍小于重力势能减少量势能减少量六、误差分析六、误差分析七、注意事项七、注意事项1.1.实验中打点记时器的安装，两纸带限位孔必须在同一实验中打点记时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力竖直线上，以减少摩擦力2.2.实验时，必须先接通电源，让打点记时器工作正常后实验时，必须先接通电源，让打点记时器工作正常后才松开纸带让重锤下落才松开纸带让重锤下落3.3.必须保留纸带上打出点迹的第一点必须保留纸带上打出点迹的第一点,且第且第1 1、2 2点间距点间距

6、约为约为2mm2mm的纸带误差小。的纸带误差小。4.4.实验中，只要验证实验中，只要验证ghgh是否等于是否等于v v2 2/2/2即可，不用测重锤即可，不用测重锤的质量。的质量。教科书教科书P98P98【练习与应用【练习与应用1 1】（1 1）ABAB（2 2）O O到到B B重力势能减少了重力势能减少了mghmghB B（3 3）存在空气阻力和摩擦阻力的影响存在空气阻力和摩擦阻力的影响方案二：沿光滑斜面下滑的物体机械能守恒方案二：沿光滑斜面下滑的物体机械能守恒 为为了了使使系系统统误误差差更更小小，采采用用气气垫垫导导轨轨来来减减小小摩摩擦擦。使使用用光电门来测量瞬时速度。光电门来测量瞬时速度。教科书教科书P97P97【参考案例参考案例2 2】方案三：系统机械能守恒方案三：系统机械能守恒砝砝码码通通过过绕绕过过定定滑滑轮轮的的细细线线牵牵连连静静止止放放在在气气垫垫导导轨轨上上的的滑块，从静止释放。滑块，从静止释放。想一想：想一想：你能否写出验证机械能守恒的表达式？你能否写出验证机械能守恒的表达式？假设砝码和托盘总质量为假设砝码和托盘总质量为m m，滑块和挡光条总质量为，滑块和挡光

7、条总质量为M M教科书教科书P98P98【练习与应用【练习与应用2 2】思维思维能力能力训练训练 1.1.为进行为进行验证机械能守恒验证机械能守恒实验，有下列器材可选实验，有下列器材可选用：铁架台、打点记时器、复写纸、纸带、秒表、低压直用：铁架台、打点记时器、复写纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电键、天平，其中不必的器材是流电源、导线、电键、天平，其中不必的器材是_;缺少的器材是缺少的器材是_。秒表、天平秒表、天平、低压直流电源、低压直流电源电源电源、刻度尺、重物、刻度尺、重物低压交流低压交流 2.2.在验证机械能守恒的定律时，如果以在验证机械能守恒的定律时，如果以v v2 2/2/2为纵轴，为纵轴，根据实验数据绘出的根据实验数据绘出的v v2 2/2-h/2-h图线应是图线应是_ _，才能验证机械能守恒，才能验证机械能守恒，v v2 2/2-h/2-h图的斜率等于图的斜率等于_的数值。的数值。过原点过原点O O的倾斜直线的倾斜直线重力加速度重力加速度g g思维思维能力能力训练训练 3.3.在在“验证机械能守恒验证机械能守恒”的实验中，已知打点记时器的实验中，已知打点记时器所用的电

8、源的频率所用的电源的频率50Hz50Hz，查得当地重力加速度为，查得当地重力加速度为g=9.8m/sg=9.8m/s2 2,测得所用的重物的质量为测得所用的重物的质量为1.00kg1.00kg。实验中得到。实验中得到一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个点记作一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个点记作O O，另选，另选连续的连续的4 4个点个点A A、B B、C C、D D作为测量的点，经测量知道作为测量的点，经测量知道A A、B B、C C、D D各点到各点到O O点的距离分别为点的距离分别为62.99cm62.99cm、70.18cm70.18cm、77.76cm77.76cm、85.73cm85.73cm，根据以上数据，可知重物由，根据以上数据，可知重物由O O点运动到点运动到C C点，重点，重力势能的减少量等于力势能的减少量等于_焦，动能的增加量等于焦，动能的增加量等于_焦焦(取取3 3位有效数字位有效数字)。7.627.627.577.57Vc=3.89m/sVc=3.89m/s思维思维能力能力训练训练 4.4.“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”及及“验证机械能守恒定律验证机

9、械能守恒定律”这两个实验，它们的共同之处是这两个实验，它们的共同之处是 A.A.都要用打点计时器都要用打点计时器 B.B.都要用天平测质量都要用天平测质量 C.C.都要用刻度尺测位移都要用刻度尺测位移D.D.都要计算瞬时速度都要计算瞬时速度AC 5.5.在在验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律的实验中，需直接测量的实验中，需直接测量的物理量是的物理量是 A.A.重物的质量重物的质量 B.B.重力加速度重力加速度 C.C.重物下落的高度重物下落的高度 D.D.与下落高度对应的重物的瞬时速度与下落高度对应的重物的瞬时速度C思维思维能力能力训练训练 6.6.在在验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律的实验中，下列操作正的实验中，下列操作正确的是确的是 A.A.先释放重物，后接通电源先释放重物，后接通电源 B.B.用秒表测量重物下落的时间用秒表测量重物下落的时间 C.C.打完一条纸带后，立即切断电源打完一条纸带后，立即切断电源 D.D.每打完一条纸带，活动复写纸位置每打完一条纸带，活动复写纸位置CD 7.7.在验证机械能守恒定律的实验中要用到的器材和测在验证机械能守恒定律的实验中要用到的器材和测

10、量仪器有量仪器有_ A.A.打点计时器打点计时器B.B.低压交流电源低压交流电源C.C.秒表秒表 D.D.重锤重锤 E.E.铁架台和复夹铁架台和复夹 F.F.纸带纸带 G.G.刻度尺刻度尺 H.H.天平天平ABDEFG思维思维能力能力训练训练 8.8.在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中：的实验中：(1)(1)现有器材是：打点计时器；低压电源；纸带；带现有器材是：打点计时器；低压电源；纸带；带夹子的重物；刻度尺；天平；导线；铁架台。其中该实验夹子的重物；刻度尺；天平；导线；铁架台。其中该实验不需要的器材是不需要的器材是_。(2)(2)实验中，要从几条打上点的纸带中挑选第一、二实验中，要从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近两点间的距离接近_mm_mm并且点迹清晰的纸带进行测量。并且点迹清晰的纸带进行测量。(3)(3)某学生在实验中器材安装正确，操作规范，所用某学生在实验中器材安装正确，操作规范，所用交流电的频率为交流电的频率为50Hz50Hz，但验证结果是重物增加的动能稍小，但验证结果是重物增加的动能稍小于它减少的重力势能，其主要原因是于它减少的重力势能，其主

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