实验：验证机械能守恒定律—人教版高中物理必修二

课后巩固提高限时：45分钟总分：100分一、选择题(1～4为单选，5～6为多选。

每小题8分，共48分。

)1．利用打点计时器验证自由落体运动的物体机械能守恒时，下列器材中不必要的是()A．重物B．纸带C．天平D．低压电源2.在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的原因是() A．选用的重锤质量过大B．选用的重锤质量过小C．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力D．实验时操作不过细，实验数据测量不准确3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器安装时必须使计时器保持水平，而使限位孔保持竖直状态，这是因为() A．纸带通过顺畅，以减少摩擦阻力B．无论限位孔怎样安装对实验结果无影响C．保证打点均匀D．保证重锤能匀速下落4．某同学身高1.8 m，在运动会上他参加跳高比赛，起跳后身体横着越过了1.8 m高度的横杆．据此可估算出他起跳时竖直向上的速度大约为(g取10 m/s2)()A．2 m/s B．4 m/sC．6 m/s D．8 m/s5．在“验证机械能守恒定律”实验中，对于自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利()A．只要足够重就可以B．只要体积足够小就可以C．既要重，又要体积小D．应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲6.如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1>m2.现要利用此装置验证机械能守恒定律．若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有()A．物块的质量m1、m2；B．物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；C．物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；D．绳子的长度二、非选择题(共52分)7．(8分)为进行验证机械能守恒定律的实验，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、低压直流电流、天平、秒表、导线、开关，其中不必要的器材是____________________，缺少的器材是________________________．8．(8分)在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知电火花计时器所用的电源频率为50 Hz，查得当地的重力加速度为9.8 m/s2，测得所用的重物的质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．经测量知道A、B、C、D到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于________ J，动能增加量等于________ J(取3位有效数字)．9．(12分)在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50 Hz，某同学选了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示，(图中O点是电火花计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分别是每打两个点取出计数点，单位是：mm)．根据纸带要求计算：(1)重物下落的加速度；(2)若重物的质量为m，则重物从开始下落到打B点时，减少的重力势能；(3)重物下落到打B点时增加的动能；(4)从(2)(3)数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？答案1．C 验证机械能守恒定律的原理是重力势能的减少量与物体动能的增加量相等，即mgΔh ＝12m v 2，由此式可看出：不需测物体的质量，故C 正确．本题涉及验证机械能守恒的基本原理，体现了对基本实验能力的考查．2．C 重锤和纸带下落过程中要克服阻力做功，因此重锤减少的重力势能要大于增加的动能，故C 正确．3．A 根据实验原理可知，阻力越小，其消耗的机械能越少，实验结果就越准确，所以需采取各种措施减小摩擦，使限位孔竖直就是其中的措施之一．4．B 将运动员视为做竖直上抛运动，整个过程机械能守恒，取地面为参考平面，最高点速度为零，由E k1＋E p1＝E k2＋E p2得：12m v 20＋mgh 1＝mgh 2，其中h 1为起跳时人重心的高度，即h 1＝0.9 m ，代入数据得起跳速度v 0＝2g (h 2－h 1)＝2×10×(1.8－0.9)m/s ≈4.2 m/s.本题易错点出现在漏掉了人的身高，认为人的重心从地面升高而错选C.5．CD 选择重物时既要考虑减小空气阻力，又要考虑实验的方便，可操作性强，故C 、D 正确．6．AB 或AC 通过连接在一起的A 、B 两物体验证机械能守恒定律，即验证系统的势能变化与动能变化是否相等，A 、B 连接在一起，A 下降的距离一定等于B 上升的距离；A 、B 的速度大小总是相等的，故B 、C 只测其中之一即可，不需要测量绳子的长度．7．(1)低压直流电流、天平、秒表 (2)重锤、刻度尺、低压交流电源8．7.627.57解析：C点到O点的距离h c＝77.76 cm，由此可知重力势能的减少量为mgh c＝1.00×9.80×77.76×10－2≈7.62 J.不能错误认为动能增加量也为7.62 J．C点的速度v c＝h BD/2T代入数值可以解得v c＝3.89 m/s.所以重物动能的增量为12m v2＝7.57 J．在误差允许的范围内重力势能的减少量等于动能的增加量．9．(1)9.688 m/s2(2)1.911 m J(3)1.889 m J(4)见解析解析：(1)要据逐差法求加速度x AB＝OB－OA＝195.0 mm－125.0 mm＝70.0 mm＝0.07 m，x BC＝OC－OB＝280.5 mm－195.0 mm＝85.5 mm＝0.085 5 m，x CD＝OD－OC＝381.5 mm－280.5 mm＝101.0 mm＝0.101 m，x DE＝OE－OD＝498 mm－381.5 mm＝116.5 mm＝0.116 5 m.a1＝(x CD－x AB)/2T2，a2＝(x DE－x BC)/2T2，a＝(a1＋a2)2＝(x CD＋x DE－x BC－x AB)/4T2，＝(0.101＋0.116 5－0.085 5－0.07)/[4×(0.04)2] m/s2≈9.688 m/s2. 即重物下落的加速度为9.688 m/s2.(2)重物从开始下落到打B点时减少的重力势能为：ΔE p减＝mgh＝mg OB＝9.8×0.195 0 m J＝1.911 m J(3)重物下落到打B点时的速度为v B＝(x AB＋x BC)/2T＝(0.07＋0.085 5)/(2×0.04) m/s≈1.944 m/s则物体从开始下落到打B点增加的动能为ΔE k增＝m v2B/2≈1.889 m J(4)从(2)(3)可以得出在实验误差允许范围内重物重力势能的减少量等于其动能的增加量，机械能守恒．重物减少的重力势能略大于其增加的动能的原因是：重物在下落时要受到阻力的作用(打点计时器对纸带的摩擦阻力、空气阻力等)．重物克服阻力做功要损失一部分机械能．10.(12分)在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示，其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中(单位：cm)．(已知交流电的周期为T＝0.02 s)(1)该三个数据中不符合有效数字读数要求的是________，应记作________ cm.(2)该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g＝9.8 m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为________，而动能的增加量为________(均保留3位有效数字，重锤质量为1 kg)，这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量__________动能的增加量(选填“大于”“小于”或“等于”)，原因是____________________________________________________________ _______________________________________________________.(3)另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，将打点计时器打下的第一个点O记为第1个点，图中的B是打点计时器打下的第9个点．因此他用v B ＝gt计算B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为________，这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量________动能的增加量(选填“大于”“小于”或“等于”)，原因是____________________________________________________________ ___________________________________________________________.11．(12分)在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50 Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时，各计数点对应刻度尺上的读数如图所示(图中O点是打点计时器打出的开始下落的第1个点，A、B、C、D、E、F分别是每打两个点取出的计数点)根据纸带计算：(1)重物下落到打B点、E点时的速度．(2)若重物的质量为m kg，则重物从开始下落到打B点时，减少的重力势能是多少？重物增加的动能为多少？(3)若重物质量为m kg，求重物下落BE高度的过程中重力势能减少多少？重物的动能增加多少？(4)从(2)(3)数据可得出什么结论？产生误差的原因是什么？(当地重力加速度为9.8 m/s2)答案10．(1)15.7 cm15.70(2)1.22 J 1.20 J大于重锤在下落的过程中受到阻力的作用(3)1.23 J小于重锤下落的加速度比重力加速度g要小解析：(1)用毫米刻度尺测量，有效数字应精确到0.01 cm，所以15.7 cm不符合有效数字读数的要求，应记作15.70 cm.(2)重锤重力势能的减少量为mgh B＝1.22 J，动能的增加量为12m v2B＝12m⎝⎛⎭⎪⎫h C－h A2T2≈1.20 J，这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量“大于”动能的增加量，原因是重锤在下落的过程中受到阻力的作用．(3)动能的增加量为12m v2B＝12m(gt)2≈1.23 J，这样验证的系统误差总是使重锤势能的减少量“小于”动能的增加量，原因是重锤下落的加速度比重力加速度g要小．11．(1)1.944 m/s 3.106 m/s(2)1.91m(J) 1.89m(J)(3)2.969m(J) 2.934m(J)(4)见解析(1)x AB＝195.0 mm－125.0 mm＝70.0 mm＝0.070 0 m，x BC＝280.5 mm－195.0 mm＝85.5 mm＝0.085 5 m，x DE＝498.0 mm－381.5 mm＝116.5 mm＝0.116 5 m，x EF＝630.0 mm－498.0 mm＝132.0 mm＝0.132 0 m，v B＝x AB＋x BC2T＝0.070 0＋0.085 52×0.04m/s≈1.944 m/s，v E ＝x DE ＋x EF 2T ＝0.116 5＋0.132 02×0.04m/s ≈3.106 m/s. (2)重物从开始下落到打B 点时，减少的重力势能为ΔE p 减＝mgx BO ＝9.8×0.195m ≈1.91m J.增加的动能为ΔE k 增＝12m v 2B ＝12m ×(1.944)2≈1.89m J. (3)重物下落BE 高度时减少的重力势能为ΔE p 减＝mgx EB ＝9.8×(0.498 0－0.195 0)m ≈2.969m J ，增加的动能ΔE k 增＝12m v 2E －12m v 2B ＝12m ×(3.106)2－12m ×(1.944)2＝2.934m J. (4)从(2)(3)可以得出：在实验误差允许的范围内重物重力势能的减少等于其动能的增加，机械能守恒．重物减少的重力势能略大于其增加的动能的原因是：重物在下落时要受到阻力的作用(打点计时器对纸带的摩擦阻力，空气阻力等)，重物克服阻力做功要损失一部分机械能．。

第9节 实验,：验证机械能守恒定律[知识概要]一、实验目的1．会用打点计时器打下的纸带计算物体的运动速度和位移．2．探究自由落体运动物体的机械能守恒．二、实验原理让物体自由下落，在忽略阻力情况下，探究物体的机械能守恒，有两种方案探究物体的机械能守恒：1．以物体下落的起始点O 为基准，测出物体下落高度h 时的速度大小v ，若12mv 2＝mgh 成立，则可验证物体的机械能守恒．2．测出物体下落高度h 过程的初、末时刻的速度v 1、v 2，若关系式12mv 22－12mv 21＝mgh 成立，则物体的机械能守恒.一、实验目的验证机械能守恒定律．二、实验原理在自由落体运动中，若物体下落高度h 时的速度为v ，则有mgh ＝12mv 2．故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度h 和该时刻的瞬时速度v ，即可验证机械能守恒定律．三、实验器材铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带纸带夹)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、学生电源．四、实验步骤1．按图所示把打点计时器固定在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好．2．把纸带的一端用夹子固定在重物上，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．3．先接通电源，后松开手，让重物带着纸带自由下落．4．重复几次，得到3～5条打好点的纸带．5．选取点迹较为清晰，且第1、2两计时点间距接近 2__mm 的一条纸带，纸带上第1个点记为O ，然后在距离点O 较远的地方选取相等时间间隔的点，依次标上1、2、3…用刻度尺测出对应的下落高度h 1、h 2、h 3…6．计算出各点对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3…7．计算出各点对应的势能减少量mgh n ，并和动能增加量12mv 2n 进行比较.要点1|注意事项和误差分析1．注意事项(1)实验中安装打点计时器时，限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力．打点计时器离地面高度约1 m ，实验用的纸带60 cm 左右即可．(2)实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常以后才能松开纸带，让重物下落．(3)纸带上端要用手提着使其静止，这样可保证下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点．(4)测量下落高度时，都必须从起点算起，为了减小测量h值的误差，选取的各个计数点要离起始点远些．(5)实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器限位孔的阻力)做功，所以动能的增加量ΔE k一定小于重力势能的减少量ΔE p.(6)铁架台上固定打点计时器的夹子不可伸出太长，以防铁架台翻倒．2．误差分析(1)偶然误差：测量相关长度时带来的误差，减小的方法是多测几次取平均值．(2)系统误差：实验过程中要克服阻力(包括空气阻力和打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔE k必定稍小于重力势能的减少量ΔE p.(3)电源频率不稳定也会带来误差．(1)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．关于这一实验，下列说法中正确的是________．A．需使用天平测出重物的质量B．应先释放纸带，后接通电源打点C．需使用秒表测出重物下落的时间D．测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度(2)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．(3)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．【思路点拨】 正确解答本题需要掌握：理解该实验的实验原理；实际实验中，重锤要受到空气阻力，纸带和打点计时器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．【解析】 (1)根据mgh ＝12mv 2，可知不需要测量重物的质量m ，故A 错误；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故B 错误；我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故C 错误；测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度，故D 正确．故选D ．(2)打点计时器的两个限位孔如果不在在同一竖直线上．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．(3)实际实验中，重锤要受到空气阻力，纸带和打点计时器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．【答案】 (1)D (2)减小 (3)略大于用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V 的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，验证机械能守恒定律.(1)(多选)下面列举了该实验的几个操作步骤：A ．按照图示的装置安装器件；B ．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C ．用天平测出重锤的质量；D ．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关，打出一条纸带；E ．测量纸带上某些点间的距离；F ．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．其中没有必要进行或者操作不当的步骤是________________．(将其选项对应的字母填在横线处)(2)已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz.查得当地的重力加速度g ＝9.80 m/s 2.测得所用重锤的质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O ，每两个计数点之间有四点未画出，另选连续的3个计数点A 、B 、C 作为测量的点，如图2所示．经测量知道A 、B 、C 各点到O 点的距离分别为50.50 cm 、86.00 cm 、130.50 cm.根据以上数据，计算出打B 点时重锤的瞬时速度v B ＝________m/s ；重锤由O 点运动到B 点，重力势能减少了________J ，动能增加了________J(保留3位有效数字)．并可得出的结论是________________________．解析：(1)验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，mgh ＝12mv 2，质量可以约去，不必要用天平测量重锤的质量，C 操作步骤不必要；打点计时器应接在电源的“交流输出”上，B 操作步骤不当；在实验的操作中，应先接通电源再释放纸带，D 操作步骤不当．(2)根据匀变速直线运动规律可知，B 点的瞬时速度v B ＝x AC 2T＝4.00 m/s ，重锤由O 点运动到B 点，重力势能减少了ΔE p ＝mgh ＝8.43 J ，动能的增加量ΔE k ＝12mv 2B ＝8.00 J ．在误差允许的范围内，重锤自由下落机械能守恒．答案：(1)BCD (2)4.00 8.43 8.00 在误差允许的范围内，重锤自由下落机械能守恒名师方法总结实验中，需保持提纸带的手不动，待接通电源，打点计时器工作稳定后再释放纸带让重锤下落；选取纸带时，本着点迹清晰且第1、2两点间距离接近2 mm 的原则；不需要测量重锤的质量，只需证明12v 2n ＝gh n 就可以了．要点2|实验数据的处理方法1．公式法：本实验不需要测出物体的质量m ，只需要验证mgh ＝12mv 2，即gh ＝12v 2即可． 2．图象法：以v 22为纵轴，h 为横轴，画出v 22­h 的图象，得到一条过原点的直线，斜率表示加速度g ，这是另一种处理数据的方法． 3．变形公式法：纸带上任取两点A 、B 点，测出h AB ，计算出v 2A 2－v 2B 2的值，在误差允许的范围内，gh AB ＝v 2A 2－v 2B 2，则机械能是守恒的． 4．速度的计算 根据匀变速直线运动的规律，利用纸带上的数据计算瞬时速度v ＝h n ＋1－h n －12T.典例2 用图示装置验证机械能守恒定律．实验前调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．实验中通过断开电磁铁开关使小球从A 点下落，经过光电门B ，记录挡光时间Δt ，测出小球在AB 间下落的距离h .竖直平移光电门B ，重复上述步骤，测得多组h 及相应的Δt ，已知当地重力加速度为g .(1)实验中还需测量的物理量是____________．(2)小球通过光电门速度的表达式为v ＝____________．(3)根据测量数据描绘1Δt 2­h 图象，能否仅依据图象是过原点的直线就得出机械能守恒的结论？________，理由是________________________________．【思路点拨】 (1)该题利用自由落体运动来验证机械能守恒，因此需要测量物体自由下落的高度h AB ，以及物体通过B 点的速度大小，在测量速度时我们利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，因此明白了实验原理即可知道需要测量的数据；(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度；(3)根据机械能守恒的表达式可以求出所要求的关系式，然后分析答题．【解析】 (1)实验需要求出小球经过光电门时的速度，需要测出小球的直径d .(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故v ＝d Δt. (3)根据机械能守恒的表达式有mgh ＝12mv 2， 即1Δt 2＝2gd 2h ， 不能依据图象是过原点的直线就得出机械能守恒的结论，当斜率近似等于2g d 2，才能判断小球下落过程中机械能守恒． 【答案】 (1)小球直径d (2)d Δt (3)不能 斜率近似等于2g d 2，才能判断小球下落过程中机械能守恒利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，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，设计了四种测量方案，正确的是 ( )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vB ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并通过v ＝2gh 计算出瞬时速度vC ．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 ＝v 22g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解析：自由落体运动只受重力，机械能守恒．如果把重物的实际运动看成自由落体运动，再运用自由落体的规律求解速度，那么就不需要验证，A 、B 、C 选项错误，D 选项正确．答案：D名师方法总结(1)利用gh ＝v 22来验证机械能守恒定律时，须保证打第一个点时的速度为零． (2)无论是利用gh 与v 22还是gh AB 与v 2B 2－v 2A 2来验证机械能守恒定律，速度v 均应利用该点前后相邻两点间的平均速度来求解，而不能用v ＝2gh 或v ＝gt 来求解．要点3|创新设计性实验验证机械能守恒定律的实验一般是利用自由落体运动来实现的，但可以通过变通实验装置，变通实验操作方法，达到验证实验的目的，解决此类问题的关键是了解实验目的、实验装置以及操作过程，明确实验原理，从而进一步分析需要测量的物理量，找出各量之间的关系，确定验证的表达式．典例3 有一种“傻瓜”照相机，其光圈(进光孔径)随被拍摄物体的亮度自动调节，而快门(曝光时间)是固定不变的．一位同学利用“傻瓜”照相机来做“验证机械能守恒定律”的实验．(1)首先这个同学事先测定了相机的曝光时间为t .(2)这位同学提出了下述实验方案：他从墙面前某点O ，使一个小石子自由落下，对小石子照相得到如图甲的照片，由于小石子的运动，它在照片上留下一条模糊的径迹AB ．通过测量OA 的距离为h ，AB 的距离为x ，当地的重力加速度为g ，由于相机曝光时间很短，可以认为A 点的速度近似等于AB 段的平均速度．则石子划过A 点时的速度大小v ＝__________(用题中给出的物理量字母表示)．(3)多次改变高度h ，重复上述实验，作出x 2随h 变化的图象如图乙所示，当图中已知量X 、H 和重力加速度g 及曝光时间为t 满足表达式______________时，可判断小球下落过程中机械能守恒．【思路点拨】 根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出石子划过A 点时的速度大小．抓住重力势能的减小量与动能的增加量相等，得出X 、H 和重力加速度g 及曝光时间为t 满足的表达式．【解析】 (2)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，石子划过A 点的速度大小v ＝x t .(3)若机械能守恒，有mgH ＝12mv 2＝12m x 2t 2，即gH ＝X 22t 2. 【答案】 (2)x t (3)gH ＝X 22t 2 如图所示装置可用来验证机械能守恒定律．摆锤A 拴在长L的轻绳一端，另一端固定在O 点，在A 上放一个小铁片，现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向成θ角时由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P 阻挡而停止运动，之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动．(1)为了验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤在最低点的速度．为了求出这一速度，实验中还应该测量哪些物理量？________________________________________________________________________.(2)根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v ＝________________.(3)根据已知的和测得的物理量，写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式为________________．解析：(1)本实验利用平抛运动规律求解摆锤在最低点的速度，需要测量遇到挡板后铁片的水平位移x 和竖直下落高度h .(2)根据平抛运动规律，x ＝vt ，h ＝12gt 2，联立解得v ＝x g 2h. (3)重锤下落过程中机械能守恒，mgL (1－cos θ)＝12mv 2，代入(2)中数据得，L (1－cos θ)＝x24h.答案：(1)遇到挡板后铁片的水平位移x和竖直下落高度h(2)xg2h(3)L(1－cosθ)＝x24h名师方法总结无论用什么方法验证机械能守恒定律，都要选取研究对象，找出重力势能的减少量和动能增加量的关系．【强化基础】1．(多选)下面列举的各个实例中，机械能守恒的是( )A．一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落B．水平抛出的物体(不计空气阻力)C．拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升D．物体在光滑斜面上自由下滑解析：一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落，动能不变，势能减小，机械能减小，选项A错误；水平抛出的物体(不计空气阻力)只有重力做功，机械能守恒，选项B正确；拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升，动能不变，势能增加，故机械能变大，选项C错误；物体在光滑斜面上自由下滑，只有重力做功，机械能守恒，选项D正确．故选BD．答案：BD2．某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是( ) A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源B ．将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度C ．先释放纸带，再接通电源D ．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据解析：“在验证机械能守恒定律”的实验中，应先接通打点计时器的电源，打点计时器稳定工作后再释放纸带，故选项C 说法是错误的．答案：C3．在验证机械能守恒定律的实验中，需要直接测量的物理量是( )A ．重锤的质量B ．重锤下落的时间C ．重锤下落的高度D ．重锤的瞬时速度解析：在不需要求动能和势能值时，不必测出重物质量，只要12(v 22－v 21)＝g Δh 就能验证机械能守恒；重锤下落时间不需要测；重锤的瞬时速度不是直接测的物理量．答案：C4．“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是( )A ．重物的质量过大B ．重物的体积过小C ．电源的电压偏低D．重物及纸带在下落时受到阻力解析：本实验中重物增加的动能略小于减少的重力势能的原因是重物及纸带在下落时受到阻力，D选项正确．答案：D【巩固易错】5．(多选)(2018·嘉兴模拟)如图实验器材中，能用于“探究小车速度随时间变化的规律”“探究加速度与力质量的关系”“探究做功与物体速度变化的关系”“验证机械能守恒定律”四个分组实验的是( )A BC D解析：“探究小车速度随时间的变化规律”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、钩码、刻度尺等；“探究加速度与力、质量的关系”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、天平、砝码、钩码、刻度尺等；“探究做功与物体速度变化的关系”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、橡皮筋、刻度尺等；“验证机械能守恒定律”需要的器材有：重锤、铁架台、打点计时器和纸带、刻度尺等，用于这四个实验都用到的器材是打点计时器和刻度尺，C、D选项正确．答案：CD6．(2018·湖南模拟)某同学用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”，他进行的部分操作步骤如下：(1)将两光电门固定在铁架台上，如图甲；(2)用螺旋测微器测量圆柱形重锤的高度L 如图乙所示，则L ＝________mm ；(3)接通光电门电源；(4)将重锤从光电门正上方由静止释放，让重锤下落并穿过两光电门；(5)若重锤通过光电门1、光电门2时，计时器记录下的时间分别为Δt 1、Δt 2.重锤的高度用L 表示，若已知当地的重力加速度为g ，要验证重锤从光电门1到光电门2的过程中机械能守恒，还需要测量的物理量是________________(写出物理量并用相关字母表示)．(6)需要验证的表达式为__________________(用相关字母表示)．解析：(2)螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，需估读．螺旋测微器的固定刻度读数为11 mm ，可动刻度读数为0.01×20.6 mm ＝0.206 mm ，则最终读数为11.206 mm.(5)(6)根据极限的思想可知，极短时间内的平均速度等于瞬时速度，重锤通过两个光电门的瞬时速度v 1＝L Δt 1，v 2＝L Δt 2，动能的增加量ΔE k ＝12mv 22－12mv 21＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12.重力势能的减少量ΔE p ＝mgh .则需要验证的表达式是：mgh ＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12，即为：2gh ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12，可知还需要测量的物理量是光电门1与光电门2之间的高度差h . 答案：(2)11.206(11.204～11.207)(5)光电门1与光电门2之间的高度差h(6)2gh ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12 【能力提升】7．在“验证机械能守恒定律”的实验中(所用电源频率为50 Hz)：(1)某同学用如甲图所示的装置进行实验，得到如乙图所示的纸带，把第一个点(初速度为零)记作O 点，测出点O 、A 间的距离为89.36 cm ，点A 、C 间的距离为17.24 cm ，点C 、E 间的距离为18.76 cm ，已知当地重力加速度为9.80 m/s 2，重锤的质量为m ＝1.0 kg ，则打点计时器在打O 点到C 点的这段时间内，重锤动能的增加量为________ J ，重力势能的减少量为________ J ．(计算结果保留三位有效数字)(2)利用该装置可以测量重锤下落的加速度a ＝________ m/s 2.(计算结果保留三位有效数字) 解析：(1)利用匀变速直线运动的推论v C ＝x AE 4T ＝0.172 4＋0.187 60.08＝4.5 m/s ，则 ΔE k ＝12mv 2C ＝12×0.5×(4.5)2＝10.1 J ，重锤由O 点运动到C 点时，重锤的重力势能的减少量ΔE p ＝mgh ＝0.5×9.8×(0.893 6＋0.172 4) J ＝10.4 J.(2)根据Δx ＝aT 2得重锤下落的加速度a ＝Δx T 2＝0.187 6－0.172 40.042＝9.50 m/s 2.答案：(1)10.1 10.4 (2)9.508．(2018·浙江二模)“验证机械能守恒定律”的实验．(1)实验室提供了铁架台、夹子、导线、纸带等器材．为完成此实验，除了所给的器材，在图中还必须选取的实验器材是________．(2)下列方法有助于减小实验误差的是( )A．在重锤的正下方地面铺海绵B．必须从纸带上第一个点开始计算验证机械能是否守恒C．重复多次实验，重物必须从同一位置开始下落D．重物的密度尽量大一些(3)完成实验后，小明用刻度尺测量纸带距离时如图(乙)，已知打点计时器每0.02 s 打一个点，则B点对应的速度v B＝________m/s.若H点对应的速度为v H，重物下落的高度为h BH，重物质量为m，当地重力加速度为g，为得出实验结论完成实验，需要比较mgh BH与________________的大小关系(用题中字母表示)．解析：(1)该实验中可以选用电磁打点计时器和学生电源或者是电火花计时器．在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知重锤下降的距离，故需要毫米刻度尺．(2)在重锤的正下方地面铺海绵，目的是保护仪器，A选项错误；该实验是比较重力势能的减少量与动能增加量的关系，不一定要从纸带上第一个点开始计算验证，B选项错误；重复多次实验时，重物不需要从同一位置开始下落，C选项错误；选重物的密度尽量大一些，可以减小摩擦阻力和空气阻力的影响，从而减少实验误差，D选项正确．(3)根据刻度尺的读数规则可知，AC之间的距离x AC＝5.40 cm.根据匀变速直线运动的规律可知，一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，B 点瞬时速度的大小v B ＝x AC 2T＝1.35 m/s. 根据机械能守恒可知，mgh BH ＝12mv 2H －12mv 2B . 答案：(1)电磁打点计时器和学生电源(或者是电火花计时器)、毫米刻度尺 (2)D(3)1.35 12mv 2H －12mv 2B。

《机械能守恒定律》【教学设计】【新课导入】碰鼻实验:如图1所示,把悬挂重球拉至鼻尖由静止释放,实验者立于原位不动,小球来回摆动,学生表演者怕重球碰坏了鼻子。

结果大伙儿都能预料到,至于其中的原因是什么？包含着如何的物理规律？我们学会这节课的内容,相信大伙儿就特别清楚了！【新课教学】(一)机械能在本章我们学习了两种形式的能量,动能、重力势能、弹性势能,物理学中,我们将动能和势能统称为机械能。

(二)动能与势能之间的相互转化生活中动能和重力势能、弹性势能进行转化是特别常见的、1、动能—-重力势能举出几个动能和重力势能相互转化的例子呢？苹果的下落,三峡大坝水的下落,重力势能转化为水的动能,从而带动发动机发电。

2、动能—-弹性势能举出动能和弹性势能相互转化的例子呢?弯弓射箭、弓的弹性势能转化为箭的动能。

3、重力势能——动能——弹性势能生活中有没有同时涉及三种能量转化的例子呢?观看蹦床视频在观看蹦床视频的时候,认真分析一下,不同的过程分别对应的是什么能量之间的转化!下降:空中时,重力势能转化为动能;从接触弹簧到运动至最低点的过程中,若以最低点为零势能面动能和重力势能最终都转化为弹簧的弹性势能。

上升:三种能量的转化与下落过程是对应的！(三) 探究机械能守恒定律1、实验观察提出猜想2、实例探究小组探究讨论,得出结论质量为１千克的物体从离地面20米高处自由落下,求下落5米,10米,15米,２0米时的速度,重力势能,动能以及动能和重力势能的总和。

( g=1０m／s２ ,以地面为重力势能零势能面2０将学生按学习小组,分别计算5米,10米,15米,20米处的各量、然后由教师汇总各组结果,通过表格显示结果,引导学生探究出其中的规律、学生初得结论:物体在运动过程中,假如只有重力做功,机械能的总量保持不变。

3、理论推导[情景一] 情景一:如图,质量为m的小球从光滑曲面上滚下,到A点时速度为v1,距地面的高度为h1,到B点时速度为v２,距地面的高度为h2、1)、小球的机械能由哪几种能量组成?在A、Ｂ两点的机械能分别如何表示(取地面为零势能面)?２)、重力做功与重力势能变化的关系式:3)、从A到Ｂ的过程的动能定理表达式:４)、观察上述两个表达式,您会发现A、B两点的机械能有什么关系。

实验验证机械能守恒定律【目标要求】一、知识与技能1．理解实验的设计思路，明确实验中需要测量的物理量。

2．知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。

3．能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析中得出实验结论。

4．能定性地分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差。

二、过程与方法通过验证机械能守恒定律，体验验证过程与物理学的研究方法。

三、情感、态度与价值观通过亲自实践，培养学生观察和实践能力，培养学生实事求是的态度和正确的科学观。

【教学重难点】1．验证机械能守恒定律的实验原理。

2．验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。

【教学方法】学生分组实验。

【教学过程】一、导入新课上节课我们学习了机械能守恒定律，掌握了机械能守恒定律的条件和公式。

这节课我们通过实验来验证一下机械能守恒定律。

二、进行新课实验目的：通过研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，验证机械能守恒定律。

实验原理：用天平测出重物的质量，纸带上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就可以得到重物下落过程中势能的变化。

重物的速度可以用大家熟悉的方法从纸带测出（即每计数点的瞬时速度），这样就得到它在各点的动能。

比较重物在某一过程的初末状态动能变化与势能变化的多少，就能验证机械能是否守恒。

3用手握着纸带上端并让纸带保持竖直，让重物静止地靠近打点计时器。

4接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点，断开电源。

先接通电源，后松纸带为什么？5换个同学，重复以上2-4步几次，得3—5条纸带。

6在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起始点标上0，以后各依次标上1、2、3……用刻度尺测出对应高度h1、h2、h3……挑选打点清晰，且纸带上最前端两点间距接近2mm左右的纸带请填写下面数据表格。

如果起点不清晰该怎么办？7应用公式计算各点对应的速度v11、v2、v3……请填写下面数据表格8计算各点相对于起点O的势能减少量mgh n和动能的增加量进行比较。

2020-2021学年人教版（2019）必修第二册8.5实验：验证机械能守恒定律课时作业13（含解析）1．图甲为某实验小组做“验证机械能守恒定律”的实验装置，光电门A、B 固定在气垫导轨上，细线两端分别与钩码和滑块相连，重力加速度为g。

(1)实验的主要操作如下：①按图组装好实验器材；②让滑块从气垫导轨上光电门A 的右侧某位置由静止释放；③记录遮光条通过光电门A、B 所用的时间分别为t1、t2；④改变光电门B 的位置，进行多次实验。

为完成该实验，还缺少的主要操作是_____；(2)实验中还需要测量的物理量有_____；①滑块的长度D；②遮光条的宽度d；③两个光电门之间的距离L；④滑块（含遮光条）的质量M；⑤钩码的质量m。

(3)对于滑块（含遮光条）和钩码组成的系统，重力势能的减少量∆E p=_______；动能的增加量∆E k=_____；（用上述所给的字母表示）(4)实验小组处理采集的多组数据并在坐标系∆E p-∆E k中描点作图，如图乙所示，若两轴的标度相同，造成该实验结果的原因是_______。

2．某同学设计了利用光电计时器验证机械能守恒定律的实验。

其实验步骤如下：①将量程为L的米尺竖直固定；②在米尺旁固定一光电门，记录光电门所在位置的刻度L 0；③接通电源，将小钢球从光电门正上方且球心所对刻度为L 处静止释放；④从计时器上读出小钢球通过光电门的时间t 。

(1)该同学要较精确地验证机械能守恒定律，还应需要的器材是__________；A ．天平B ．秒表C ．游标卡尺(2)小钢球从释放至球心到达光电门时下落的高度为__________；该同学使用(1)中选用的器材正确测出所需的物理量为x ，当地重力加速度为g ，若以上物理量在误差范围内满足关系式________________，则可认为小钢球在下落过程中机械能守恒。

3．如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。

实验七 验证机械能守恒定律【实验目的】1、验证机械能守恒定律。

2、测定重物下落的加速度。

【实验原理】当物体自由下落时，如果忽略空气阻力，物体机械能守恒，即重力势能的减少量△E p 等于动能的增加量△E k 。

设物体的质量为m ，下落高度为h 时的速度为v ，则有21mv 2=mgh 即 gh=21v 2测出物体下落到不同位置时的即时速度和下落高度，看上式在误差范围内是否相等，若相等就验证机械能守恒定律。

【实验器材】1、电火花计时器，2、纸带4条，3、C 形夹，4、重锤，5、刻度尺，6、地毯。

【注意事项】1、 应先接通电源然后才释放纸带。

2、 安装电火花计时器，两个限位孔要上下对正以保证纸带处于竖直方向，减少重锤下落过程中限位孔对纸带的摩擦阻力。

【实验步骤】1、用C 形夹将电火花计时器固定在桌子边上，插好电源。

2、把两条纸带固定在重锤上，另一端一条穿过限位孔从墨粉纸下面经过，另一条从墨粉纸上面经过。

手持纸带保持竖直方向，接通电源，松手让重锤牵引纸带下落，打点计时器在纸带上打出一系列点。

3、重复打出几条纸带，从中挑选第一，二两点的距离接近2mm.并且点迹清晰的纸带进行测量。

4、把选取的纸带的的第一个点记为0点，每过5个点选为一个记数点，依次标记为A、B、C、D、E（中间的点有的未画出）。

如图所示5、依次用刻度尺量出OA、AB、BC、CD、DE的距离记为s1、s2、s3、s4、s5量出OA、OB、OC、OD、OE的距离记为h。

、h1、h2、h3、h4。

并记入表中。

6、用公式依次算出记数点B、C、D的即时速度并填入表中。

7、计算从0点算起物体运动到B、C、D所对应点增加的动能△E k 和减少的势能△E P并填入表中。

8、比较△E k和△E P在误差允许范围内是否相等。

【实验改进】实验按照课本是将电火花计时器.或是将电磁打点计时器用铁夹固定在铁架台上，铁架台放在实验桌子上，重锤下落在桌子上，这样设计有些弊病，第一，打点计时器架设不稳，给实验带来误差。

机械能守恒定律说课稿汇编5篇机械能守恒定律说课稿篇1一、说教材《验证机械能守恒定律》选自人教版高中物理必修二第七章第九节。

本节主要内容为：学生利用打点计时器，打下纸带，通过计算来验证重锤在下落的过程中机械能是否守恒。

本节课，可以升华学生对上节课机械能守恒定律的理解，培养学生科学严谨的态度。

又可以为接下来学习动量守恒，电荷守恒等定律打下基础，起到了承上启下的作用。

因此本节课意义重大。

基于该节课的内容和新课改的要求，制定如下教学目标：知识和技能目标：会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度，掌握验证机械能守恒定律的实验原理。

过程和方法目标：通过分组实验提高动手能力，协作能力，提高解决实际问题的能力。

情感、态度、价值观目标：通过亲身的体验以及探究学习活动，提高学生学习热情、培养学生尊重客观事实的科学态度。

通过对以上教材地位和教学目标的分析，本节课的教学重点是实验方案的设计与实验数据的处理；难点是实验误差的分析。

二、说学情该年级的学生已经掌握了机械能守恒定律的内容以及条件，也具备了一定的实验操作技能，会用打点计时器，具备一定的数据处理能力。

但是，对于实验操作的规范性和实验结果误差的分析还有所欠缺，所以我在教学中要重点培养学生的实验操作能力以及分析能力。

三、说教法在教学活动中良好的教学方法能够起到事半功倍的效果，本节课我主要采用实验法即通过实验学生验证机械能守恒定律;并结合讨论法，让学生在物理课上学会合作，学会交流，学会学习。

四、说学法新课改理念告诉我们，学生不仅要学到具体的知识，更重要的是要学会怎样自己学习。

所以在课堂上我将引导学生通过实验探究、合作交流的学法来更好的掌握实验探究的内容。

五、说教学过程环节一：导入新课在进行新课教学之前，复习导入机械能守恒定律的内容和表达式是什么，同时情景引入，播放田亮跳水视频。

十米跳台跳水是种技术性极强的运动，如果不计空气阻力，机械能是否守恒？通过问题创设，一方面可以明确本节课的实验主题一一机械能守恒，另一方面可以使学生的学习热情和学习兴趣很快被调动起来，有利于新课的教学。