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高中物理 第七章 机械能守恒定律 第九节 实验：验证机械能守恒定律检测 新人教版必修2

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1 第七章 机械能守恒定律

第九节 实验：验证机械能守恒定律

1．在验证机械能守恒定律的实验中，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．

E．测出各点到O点的距离，即得到重锤下落的高度．

F．计算出mghn和12mv2n，看两者是否相等．

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________．

解析：本实验的目的是要验证机械能守恒定律，即比较重锤在下落过程中重力势能的减少量ΔEp与动能的增加量ΔEk是否相等，如果操作不当或错误，就会增大重锤和纸带所受阻力，导致机械能损耗过大，无法达到实验目的．为了保证实验成功和减少机械能损耗，在实验操作时应遵照注意事项，因此本题可对照实验注意事项和围绕减小误差方面进行考虑．

因本实验是通过比较重力势能的减少量ΔEp是否等于动能的增加量ΔEk来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物(含重锤和夹子)的质量，故步骤A是多余的．

有错误或不妥的步骤是B、C、D、F.原因和更正办法分别是：

B中“让手尽量靠近”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”，因打点计时器开始工作应从与重锤靠近的纸带开始打点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约40 cm即可．

C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．

D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．

F中应改为“ghn和12v2n”，因本实验中是通过比较重锤的重力势能减少量mghn和动能增加 2 量12mv2n的大小来达到验证的目的，对于同一个研究对象(重锤)来说，质量是一定的，故只需比较ghn和12v2n就能达到目的．

答案：见解析

2.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔0.05 s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留三位有效数字)：

时刻 t2 t3 t4 t5

速度/ (m·s－1) 5.59 5.08 4.58

(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s.

(2)从t2到t5时间内，重力势能增加量ΔEp＝________J，动能减少量ΔEk＝________J.

(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp________ΔEk(选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是___________________.

解析：(1)v5＝19.14＋21.660.05×2cm/s＝408 cm/s＝4.08 m/s.

(2)由已知条件知：

h25＝(26.68＋24.16＋21.66)cm＝72.5 cm＝0.725 m.

ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×0.725 J＝1.42 J，

ΔEk＝12mv22－12mv25＝12×0.2×(5.592－4.082)J＝1.46 J.

(3)由(2)中知ΔEp<ΔEk，因为存在空气阻力等原因，导致重力势能的增加量小于动能的减少量．

答案：(1)4.08 (2)1.42 1.46 (3)＜ 原因见解析

3.现利用如图所示装置验证机械能守恒定律．图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角 3 为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出．让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2 s、2.00×10－2 s．已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度．则：

(1)滑块经过光电门1时的速度v1＝________m/s，通过光电门2时的速度v2＝________m/s.

(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为________J，重力势能的减少量为________J.

解析：(1)v1＝Lt1＝5.00×10－25.00×10－2 m/s＝1.00 m/s.

v2＝Lt2＝5.00×10－22.00×10－2 m/s＝2.50 m/s.

(2)动能增加量

ΔEk＝12×2.00×(2.502－1.002)J＝5.25 J.

重力势能的减少量：

ΔEp＝2.00×9.80×0.54×sin 30° J＝5.29 J.

答案：(1)1.00 2.50 (2)5.25 5.29

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[配套k12学习]高中物理第七章机械能守恒定律第9节实验验证机械能守恒定律教案新人教版必修2

[配套k12学习]高中物理第七章机械能守恒定律第9节实验验证机械能守恒定律教案新人教版必修2

配套K12学习（小初高）

配套K12学习（小初高） 9．实验：验证机械能守恒定律

三维目标

知识与技能

1．要弄清实验目的，本实验为验证性实验，目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律；

2．要明确实验原理，掌握实验的操作方法与技巧、学会实验数据的采集与处理，能够进行实验误差的分析，从而使我们对机械能守恒定律的认识，不止停留在理论的推导上，而且还能够通过亲自操作和实际观测，从感性上增加认识，深化对机械能守恒定律的理解；

3．要明确纸带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法。

过程与方法

1．通过学生自主学习，培养学生设计实验、采集数据，处理数据及实验误差分析的能力；

2．通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧；

3．通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法；

4．通过实验过程使学生体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑。

情感态度与价值观

1．通过实验及误差分析，培养学生实事求是的科学态度，激发学生对物理规律的探知欲；

2．使学生通过实验体会成功的乐趣与成就感，激发对物理世界的求知欲；

3．培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的见解。

教学重点

实验原理及方法的选择及掌握。

教学难点

实验误差分析的方法。

教学方法

预习设计──实验观察──数据处理──归纳总结。

教师启发、引导，学生自主阅读、思考，亲自动手实验，并讨论、交流学习成果。

教学用具

电火花计时器（或电磁打点计时器）；重物（质量300g±3g）及纸带；天平（秤量大于300g）及砝码；铁架台、复夹、烧瓶夹；电源。

教学过程

［新课导入］

上节课我们从理论上学习了机械能守恒定律，我们从定律内容及守恒条件上初步理解了机械能守恒定律，这一节将通过实验来研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，从而验证机械能守恒定律。

［新课教学］

【实验目的】

【人教版】高中物理必修二全册优秀教案：第七章机械能守恒定律第9节实验验证机械能守恒定律

【人教版】高中物理必修二全册优秀教案：第七章机械能守恒定律第9节实验验证机械能守恒定律

9．实验：验证机械能守恒定律

三维目标

知识与技能

1．要弄清实验目的，本实验为验证性实验，目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律；

2．要明确实验原理，掌握实验的操作方法与技巧、学会实验数据的采集与处理，能够进行实验误差的分析，从而使我们对机械能守恒定律的认识，不止停留在理论的推导上，而且还能够通过亲自操作和实际观测，从感性上增加认识，深化对机械能守恒定律的理解；

3．要明确纸带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法。

过程与方法

1．通过学生自主学习，培养学生设计实验、采集数据，处理数据及实验误差分析的能力；

2．通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧；

3．通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法；

4．通过实验过程使学生体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑。

情感态度与价值观

1．通过实验及误差分析，培养学生实事求是的科学态度，激发学生对物理规律的探知欲；

2．使学生通过实验体会成功的乐趣与成就感，激发对物理世界的求知欲；

3．培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的见解。

教学重点

实验原理及方法的选择及掌握。

教学难点

实验误差分析的方法。

教学方法

预习设计──实验观察──数据处理──归纳总结。

教师启发、引导，学生自主阅读、思考，亲自动手实验，并讨论、交流学习成果。

教学用具

电火花计时器（或电磁打点计时器）；重物（质量300g±3g）及纸带；天平（秤量大于300g）及砝码；铁架台、复夹、烧瓶夹；电源。

教学过程

［新课导入］

上节课我们从理论上学习了机械能守恒定律，我们从定律内容及守恒条件上初步理解了机械能守恒定律，这一节将通过实验来研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，从而验证机械能守恒定律。

［新课教学］

【实验目的】

利用重物自由下落的现象验证机械能守恒定律。

高中物理实验【验证机械能守恒定律】内容+典例

高中物理实验【验证机械能守恒定律】内容+典例

8 图1

图2

实验:验证机械能守恒定律

一、实验目的

通过实验验证机械能守恒定律．

二、实验原理

如图1所示，质量为m的物体从O点自由下落，以地面作为零重力势能面，如果忽略空气阻力，下落过程中任意两点A和B的机械能守恒

即12mv2A＋mghA＝12mv2B＋mghB

上式亦可写成12mv2B－12mv2A＝mghA－mghB.

等式说明，物体重力势能的减少等于动能的增加．为了方便，可以直接

从开始下落的O点至任意一点(如图1中A点)来进行研究，这时应有：12mv2A＝mgh，即为本

实验要验证的表达式，式中h是物体从O点下落至A点的高度，vA是物体在A点的瞬时速度．

三、实验器材

打点计时器，低压交流电源，带有铁夹的铁架台，纸带，复写纸，带夹子的重物，刻度尺，导线两根．

四、实验步骤

1．安装置：按图2将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．

2．打纸带：将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提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落．

更换纸带重复做3～5次实验．

3．选纸带：分两种情况说明

(1)用12mv2n＝mghn验证时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离略小于或接近2 mm的纸带．

(2)用12mv2B－12mv2A＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，只要后面的点迹清晰就可选用．

五、数据处理

方法一：利用起始点和第n点计算

代入mghn和12mv2n，如果在实验误差允许的条件下，mghn和12mv2n相等，则验证了机械能守恒定律．

8 方法二：任取两点计算

(1)任取两点A、B测出hAB，算出mghAB.

(2)算出12mv2B－12mv2A的值．

(3)在实验误差允许的条件下，若mghAB＝12mv2B－12mv2A，则验证了机械能守恒定律．

方法三：图象法

高中物理实验验证机械能守恒定律

高中物理实验验证机械能守恒定律

高中物理实验验证机械能守恒定律

关键信息项：

1、 实验目的：验证机械能守恒定律。

2、 实验器材：打点计时器、纸带、重锤、铁架台、直尺、夹子等。

3、 实验原理：在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能转化为动能，机械能守恒。通过测量物体下落过程中某两点的速度和高度，比较重力势能的减少量和动能的增加量是否相等来验证机械能守恒定律。

4、 实验步骤：

安装实验装置，将打点计时器固定在铁架台上，纸带穿过打点计时器，重锤用夹子固定在纸带的一端。

接通电源，释放重锤，让重锤自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点。

选取合适的纸带，选取点迹清晰、起始点间距适当的纸带进行测量。

测量选取的纸带起点和某一相邻点之间的距离，作为下落的高度 h。

计算纸带上选取点的瞬时速度 v。

计算重力势能的减少量 ΔEp ＝ mgh 和动能的增加量 ΔEk ＝ 1/2mv²，比较两者是否相等。 5、 数据处理与分析：

计算多个点的重力势能减少量和动能增加量，比较其大小。

绘制重力势能减少量和动能增加量随下落高度的变化曲线，观察趋势是否一致。

6、 误差分析：

测量误差：包括长度测量误差、时间测量误差等。

系统误差：打点计时器的阻力、空气阻力等。

7、 注意事项：

实验前要检查打点计时器是否正常工作。

重锤要选择质量较大、体积较小的，以减小空气阻力的影响。

纸带要竖直悬挂，释放重锤时要保证初速度为零。

11 实验目的

本实验旨在通过对重锤自由下落过程的研究，验证机械能守恒定律。即在只有重力做功的自由落体运动中，物体的机械能总量保持不变。

111 实验原理

在理想的自由落体运动中，物体的重力势能转化为动能，其表达式分别为重力势能 Ep ＝ mgh ，动能 Ek ＝ 1/2mv² 。若机械能守恒，则重力势能的减少量等于动能的增加量，即 ΔEp ＝ ΔEk 。通过测量物体下落过程中某两点的高度差 h 和相应的瞬时速度 v ，计算重力势能的减少量 mgh 和动能的增加量 1/2mv² ，比较两者是否相等，从而验证机械能守恒定律。

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