2、研究机械能守恒定律

机械能守恒定律【学习目标】1．明确机械能守恒定律的含义和适用条件．2．能准确判断具体的运动过程中机械能是否守恒． 3．熟练应用机械能守恒定律解题．4．知道验证机械能守恒定律实验的原理方法和过程．5．掌握验证机械能守恒定律实验对实验结果的讨论及误差分析． 【要点梳理】 要点一、机械能 要点进阶：(1)物体的动能和势能之和称为物体的机械能．机械能包括动能、重力势能、弹性势能。

(2)重力势能是属于物体和地球组成的重力系统的，弹性势能是属于弹簧的弹力系统的，所以，机械能守恒定律的适用对象是系统．(3)机械能是标量，但有正、负(因重力势能有正、负)．(4)机械能具有相对性，因为势能具有相对性(须确定零势能参考平面)，同时，与动能相关的速度也具有相对性(应该相对于同一惯性参考系，一般是以地面为参考系)，所以机械能也具有相对性． 只有在确定了参考系和零势能参考平面的情况下，机械能才有确定的物理意义．(5)重力势能是物体和地球共有的，重力势能的值与零势能面的选择有关，物体在零势能面之上的势能是正值，在其下的势能是负值．但是重力势能差值与零势能面的选择无关． (6)重力做功的特点：①重力做功与路径无关，只与物体的始、未位置高度筹有关． ②重力做功的大小：W ＝mgh ．③重力做功与重力势能的关系：P G W E =-△．要点二、机械能守恒定律 要点进阶：(1)内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内动能和势能可以相互转化，但机械能的总量保持不变，这个结论叫做机械能守恒定律． (2)守恒定律的多种表达方式．当系统满足机械能守恒的条件以后，常见的守恒表达式有以下几种：①1122k P k P E E E E +=+，即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能与势能之和． ②P k E E =-△△或P k E E =-△△，即动能(或势能)的增加量等于势能(或动能)的减少量． ③△E A ＝-△E B ，即A 物体机械能的增加量等于B 物体机械能的减少量．后两种表达式因无需选取重力势能零参考平面，往往能给列式、计算带来方便． (3)机械能守恒条件的理解．①从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能相互转化，无其他形式能量之间(如内能)的转化②从系统做功的角度看，只有重力和系统内的弹力做功，具体表现在：a ．只有重力做功的物体，如：所有做抛体运动的物体(不计空气阻力)，机械能守恒．b ．只有重力和系统内的弹力做功．如图(a)、(b)、右图所示．图(a)中小球在摆动过程中线的拉力不做功，如不计空气阻力，只有重力做功，小球的机械能守恒．图(b)中A、B间，B与地面间摩擦不计，A自B上自由下滑过程中，只有重力和A、B间的弹力做功，A、B 组成的系统机械能守恒．但对B来说，A对B的弹力做功，但这个力对B来说是外力，B的机械能不守恒．如下图，不计空气阻力，球在摆动过程中，只有重力和弹簧与球间的弹力做功，球与弹簧组成的系统机械能守恒，但对球来说，机械能不守恒．要点三、运用机械能守恒定律解题的步骤要点进阶：(1)根据题意选取研究对象(物体或系统)．(2)明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒．(3)恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态和末态的机械能．(4)根据机械能守恒定律的不同表达式列方程，并求解结果．4．机械能守恒定律与动能定理的区别(1)机械能守恒定律和动能定理都是从做功和能量转化的角度来研究物体在力的作用下运动状态的改变，表达这两个规律的方程都是标量方程，这是它们的共同点．(2)机械能守恒定律的研究对象是物体组成的系统，动能定理的研究对象是一个物体(质点)．(3)机械能守恒定律是有条件的，就是只允许重力和弹力做功；而动能定理的成立没有条件的限制，它不但允许重力和弹力做功，还允许其他力做功．(4)机械能守恒定律着眼于系统初、末状态的机械能的表达式，动能定理着眼于过程中合外力做的功及初、末状态的动能的变化．要点四、如何判断机械能是否守恒要点进阶：(1)对某一物体，若只有重力做功，其他力不做功，则该物体的机械能守恒．(2)对某一系统，物体间只有动能和势能的转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，也没有转化成其他形式的能(如内能)，则系统的机械能守恒．对于某个物体系统包括外力和内力，只有重力或弹簧的弹力做功，其他力不做功或者其他力做的功的代数和等于零，则该系统的机械能守恒，也就是说重力做功或弹力做功不能引起机械能与其他形式的能的转化，只能使系统内的动能和势能相互转化(3)机械能守恒的条件绝不是合外力做的功等于零，更不是合外力等于零，例如水平飞来的子弹打入静止在光滑水平面上的木块内的过程中，合外力的功及合外力都是零，但系统克服内部阻力做功，将部分机械能转化为内能，因而机械能的总量在减少．(4)一些绳子突然绷紧，物体间碰撞后合在一起等，除非题目特别说明，机械能一般不守恒． 要点五、实验：验证机械能守恒定律 要点进阶：1．实验原理 通过实验，分别求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量．若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律：△E P ＝△E k ．2．实验器材打点计时器及电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线． 3．实验步骤(1)如图所示装置，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器．(2)用手握着纸带，让重物静止在靠近打点计时器的地方，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点．(3)从打出的几条纸带中挑选打的点呈一条直线且点迹清晰的纸带进行测量，记下第一个点的位置O ，并在纸带上从任意点开始依次选取几个计数点1、2、3、4、…，并量出各点到O 点的距离h 1、h 2、h 3、…，计算相应的重力势能减少量mgh n ，如图所示．(4)依步骤(3)所测的各计数点到O 点的距离h 1、h 2、h 3、…，根据公式1102n n h h v T+--=计算物体在打下点1、2、…时的即时速度v 1、v 2、…．计算相应的动能212n mv ． (5)比较212n mv 与n mgh 是否相等． 4．实验结论在重力作用下，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能守恒． 5．误差分析重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带与计时器之间的摩擦力，计时器平面不在竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因，电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器，交流电的频率f 不是50 Hz 也会带来误差，f ＜50Hz ，使动能E k ＜E P 的误差进一步加大f ＞50 Hz ，则可能出现E k ＞E P 的结果．本实验中的重力加速度g必须是当地的重力加速度，而不是纸带的加速度a．【典型例题】类型一、对守恒条件的理解例1、下列说法中正确的是()A．用绳子拉着物体匀速上升，只有重力和绳的拉力对物体做功，机械能守恒B．做竖直上抛运动的物体，只有重力对它做功，机械能守恒C．沿光滑斜面自由下滑的物体，只有重力对物体做功，机械能守恒D．用水平拉力使物体沿光滑水平面做匀加速直线运动，机械能守恒【思路点拨】本题考察机械能守恒的条件。

实验：验证机械能守恒定律实验报告实验：验证机械能守恒定律实验报告范文一班级：姓名：座位：[实验目的]1.验证机械能守恒定律。

2.掌握实验数据处理方法，能定性分析误差产生的原因。

[实验原理]当物体自由下落时，只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转化，机械能守恒。

若某一时刻物体下落的瞬时速度为v ，下落高度为h ，则应有：21mg m 2h v =。

借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h 和该时刻的瞬时速度v ，即可验证机械能是否守恒，实验装置如图1所示。

测定第n 点的瞬时速度的方法是： T 2h -h 1-n 1n n +=v[实验器材]铁架台(带铁夹)、打点计时器、纸带、交流电源、导线、带铁夹的重锤、纸带、刻度尺等。

[实验步骤]1．按如图1装置把打点计时器安装在铁架台上，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。

用导线把打点计时器与交流电源连接好。

2．把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。

3．先接通电源，再松开纸带，让重锤带着纸带自由下落。

4．重复几次，得到3～5条打好点的纸带。

5．在打好点的纸带中挑选点迹清晰且第1、2两计时点间的距离接近2mm 的一条纸带，在起始点标上0，再在距离0点较远处开始选取相邻的几个计数点依次标上1、2、3……用刻度尺测出对应下落的高度h 1、h 2、h 3……6．应用公式T2h -h 1-n 1n n +=v 计算各点对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3……7．计算各点对应的重力势能减少量mgh n 和动能的增加量221n mv ，进行比较，并讨论如何减小误差。

[注意事项]1．打点计时器的两限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力。

选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响。

2．实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的小点。

机械能守恒定律的探究实验引言：物理学是一门研究物质、能量和相互作用之间关系的科学。

在过去几个世纪里，物理学家通过实验和理论得出了许多定律和规律，这些定律和规律帮助我们解释自然界中发生的各种现象。

本文将重点探究机械能守恒定律，并介绍一项相关的实验。

一、机械能守恒定律的概念：机械能守恒定律是物理学中一个重要的定律，它表明，当一个系统内只有重力和非弹性力做功的情况下，机械能（由动能和势能组成）将保持不变。

这一定律可以以数学方式表示为：E = K + U = 常数，其中E为机械能，K为动能，U为势能。

二、实验准备：1. 实验器材：- 一个光滑的水平台面- 一个刚性小球- 一根绳子- 一个重物（如砝码）- 一个测量高度的尺子- 一个弹簧测力计2. 实验步骤：1. 将平台面放置于水平桌面上，并保持其稳定。

2. 用绳子将小球系于平台上方。

3. 将重物挂在绳子的另一端，使小球离地面一定高度。

4. 测量初始高度h1和初始小球与平台的距离x1。

5. 将小球释放，观察其下落过程，并记录小球离开平台时的高度h2和小球到平台的距离x2。

6. 使用弹簧测力计测量小球下落过程中的拉力，并记录相应的数值。

三、实验过程：1. 实验装置：将小球与重物构成一个简单的系统，小球通过绳子与平台相连接。

平台上的摩擦力可以忽略不计。

2. 实验观察：在实验过程中，我们观察到小球从初始高度开始下落，并在一定高度处离开平台。

在小球离开平台的瞬间，我们同时记录下小球的高度和距离平台的距离，并使用弹簧测力计测量小球下落过程中的拉力。

3. 实验数据处理：根据实验中记录的数据，我们可以计算出小球的动能和势能，并验证机械能守恒定律。

根据机械能守恒定律，系统的机械能保持不变，即小球离开平台时的机械能等于小球开始下落时的机械能，即E1 = E2。

- 动能的计算：根据动能的定义，动能K等于小球的质量m乘以其速度v的平方的一半（K = 1/2mv^2）。

- 势能的计算：对于地球的重力场内，势能U等于小球的质量m乘以重力加速度g乘以其高度h（U = mgh）。

研究机械能守恒定律”教学设计石嘴山三中物理组李丹【教材分析】机械能守恒是自然界重要的守恒现象之一，在自然界以及生产与生活中大量存在。

机械能守恒定律一节的内容与本章的各节内容有紧密的逻辑关系，是全章知识链中重要的一环。

定律的探究建立在前面所学知识的基础上，教材通过“打桩机”工作时的功能关系为背景，通过多个具体实例，先猜测动能和势能的相互转化的关系，后引出对机械能守恒定律及守恒条件的探究，联系重力势能和重力做功及弹性势能与弹力做功的关系的学习，由理论论证到实验探究，逐步深入，得出结论，并通过应用使学生领会定律在解决实际问题时的优越性。

【设计说明】本设计主要针对沪科版教材(公共必修2)《4.2研究机械能守恒定律》的第一课时，力图通过生活实例和理论分析,展示相关情景，激发学生的求知欲，引出对机械能守恒定律的探究,体现从“生活走向物理”的理念,通过建立物理模型,由浅入深进行探究,让学生领会科学的研究方法,并通过“游戏接龙”的方式让学生掌握规律的应用从而巩固知识,并体会物理规律对生活实践的作用，体现了“快乐学习”的新型教育理念和模式。

【教学目的】·知识与技能1、知道什么是机械能，理解物体的动能和势能可以相互转化；2、理解机械能守恒定律的内容和适用条件；3、会判定具体问题中机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律分析实际问题。

·过程与方法1、通过自由落体运动分析重力做功与势能转化及机械能变化；2、学习从物理现象分析、推导机械能守恒定律及适用条件的研究方法；3、初步掌握运用能量转化和守恒来解释物理现象及分析问题的方法。

·情感、态度与价值观1、运用机械能守恒定律分析自然界和生活中的现象；2、体会科学探究中的守恒思想，养成探究自然规律的科学态度，领悟机械能守恒规律解决问题的优点，形成科学价值观。

【教学重点】1、机械能守恒定律的推导与建立，以及机械能守恒定律含义的理解；2、机械能守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用。

大学物理仿真实验——碰撞与动量守恒实验报告姓名：班级：学号：一、实验简介：动量守恒定律和能量守恒定律在物理学中占有非常重要的地位。

力学中的运动定理和守恒定律最初是冲牛顿定律导出来的，在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况，例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等，但是能量守恒定律仍然有效。

因此，能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。

本实验的目的是利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律。

定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。

同时通过实验还可提高误差分析的能力。

二、实验内容：1．研究三种碰撞状态下的守恒定律（1）取两滑块m 1、m 2，且m 1>m 2，用物理天平称m 1、m 2的质量（包括挡光片）。

将两滑块分别装上弹簧钢圈，滑块m 2置于两光电门之间（两光电门距离不可太远），使其静止， 用m 1碰m 2，分别记下m 1通过第一个光电门的时间Δt 10和经过第二个光电门的时间Δt 1， 以及m 2通过第二个光电门的时间Δt 2，重复五次，记录所测数据，数据表格自拟，计算p p ∆、E E∆。

（2）分别在两滑块上换上尼龙搭扣，重复上述测量和计算。

（3）分别在两滑块上换上金属碰撞器，重复上述测量和计算。

2．验证机械能守恒定律（1）a=0时，测量m 、m ’、m e 、s 、v 1、v 2，计算势能增量mgs 和动能增量22211(')()2e m m m v v ++-,重复五次测量，数据表格自拟。

（2）0a ≠时，（即将导轨一端垫起一固定高度h ，sin h lα=），重复以上测量。

三、实验原理：如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即i i m ν∑=恒量 （1）实验中用两个质量分别为m 1、m 2的滑块来碰撞（图4.1.2-1），若忽略气流阻力，根据动量守恒有1102201122m v m v m v m v +=+（2）对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。

验证机械能守恒定律1.实验目的学会用打点计时器验证机械能守恒定律的实验方法和技能2.实验原理在物体自由下落的过程中，只有重力对物体做功，遵守机械能守恒定律，即重力势能的减少量等于动能的增加量。

在实验误差范围内验证221mv mgh =（必须初速度为零） 或 21222121mv mv mgh -= （v1≠0） 测定第n 点的瞬时速度的方法是：测出第n 点的相邻前、后两段相等时间T 内下落的距离s n 和s n+1，由公式v n =T 2s s 1n n ++，或由v n =Td d n n 211-+-算出，如图所示。

(注意单位用国际单位，看清计数点还是计时点，注意有无有效数字的要求)3．实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸片、直尺、导线、低压交流电源4.实验步骤（1）按右上图装置把打点计时器固定在支架上，并将打点计时器接在4～6V 的交流电源上. （如果用电火花打点计时器电压：220v 交流电）（2）将大约0.5 m 长的纸带用小夹子固定在重锤上后穿过打点计时器，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近．（3）先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点.（4）换上新的纸带，重做几次上面的实验.5．注意事项(1) 安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩 擦阻力．(2) 实验时，必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源：让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点．(3) 测量高度h 时，应从起始点算起，为减小h 的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带不宜过长，有效长度可60～80 cm ．(4) 因为是通过比较mv 2/2和mgh 是否相等验证机械能是否守恒，故不需要测量重锤的质量．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。

（5）本实验中因重物和纸带在下落的过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔE k 一定略小于重力势能的减少量，这是不可避免的，属于系统误差.（6）不用测量g,直接用g=9.8m/s 2（7）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，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。

物理实验报告班级学号姓名实验时间实验名称9 实验：验证机械能守恒定律实验原理研究物体的自由落体运动，验证机械能守恒定律：只在重力作用下，物体的重力势能与动能相互转化，但总的机械能守恒。

验证21222121υυmmhmg-=∆是否相等？可以比较两点间的动能变化与势能变化是否相等，或重物在每一个位置的动能与势能之和是否相等？实验器材铁架台、打点计时器、重物、纸带、夹子、刻度尺实验步骤①将打点计时器竖直地架稳在铁架台上；②将纸带一端固定在重物上，另一端穿过计时器；③手提纸带，让重物静止在靠近计时器的地方；④接通电源后放手，让重物自由下落，带动纸带在计时器上打下一系列点；⑤选择比较清晰的点作为第一个记数点O，并从任意点开始依次选取A、B、C、D、E……；⑥量出各点到O点的距离OA、OB、OC……；⑦利用：时间t内的平均速度等于该段时间中点t/2时刻的瞬时速度，求出各点的速度；⑧计算出各段减少的重力势能和各段增加的动能是否相等。

数据处理①取下纸带，标注各个记数点OABCDE，②测量各记数点间的距离（或各点到O点的距离），计算各点的瞬时速度；OA OB OC OD OE OF υBυCυDυE③在实验误差允许的范围内，如果从O点到n点，有gh n＝v n2/2成立，则说明机械能守恒；④如果从A点到B点，有gh AB＝v B2/2－v A2/2成立，则说明机械能守恒；⑤测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，⑥然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2－h图线．⑦若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒。

误差分析9 实验验证机械能守恒定律作业与测试1.在用图所示的实验装置来验证机械能守恒定律时，某同学的以下看法中正确的是( )A．必须用秒表测出重物下落的时间B．实验操作时，注意手提着纸带使重物靠近计时器，先接通计时器电源，然后松开纸带C．如果打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，就会造成重力势能的变化小于动能的变化D．验证时，可以不测量重物的质量或重力2.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3.在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具测量的有( ) A．重锤的质量B．与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度C．重锤下落的高度D．重力加速度4.用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中：(1)若实验中所用重物的质量m＝1 kg.打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重物速度v B＝____ ____，重物动能E k ＝________，从开始下落起至B 点时重物的重力势能减少量是________， 由此可得出的结论是______________________ __________．(3)根据纸带算出相关各点的速度v ，量出下落距离h ，则以22v 为纵轴、以h 为横轴画出的图象应是如图中的()THANKS !!!致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求欢迎您的下载，资料仅供参考。