探究动能定理_验证机械能守恒定律实验

4.6实验：验证机械能守恒定律达标作业（解析版)1．用图示装置验证机械能守恒定律，由于安装不到位，电火花计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大的阻力，这样实验造成的结果是（）A．重力势能的减小量明显大于动能的增加量B．重力势能的减小量明显小于动能的增加量C．重力势能的减小量等于动能的增加量D．以上几种情况都有可能2．如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤.回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________.(填入正确选项前的字母) A．米尺B．秒表C．低压直流电源D．低压交流电源(2)实验中产生误差的原因有：_________(写出两个原因即可).(3)实验中由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样将造成________.A ．不清楚B ．mgh >12mv 2C ．mgh <12mv 2D ．mgh ＝12mv 2 3．在研究重物自由下落过程中机械能守恒的实验中，得到如图所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是后面的一些点．算出打下B 、C 两点时，重物速度分别是v B 、v C ，量得B 、C 两点间的距离为h ，那么验证机械能守恒的表达式可写为（____）A ．22CB gh v v =-B ． 221122C B gh v v =- C ．C B v v aT =+D ． 222C B v v gh +=4．用如图所示的装置来验证机械能守恒定律，A 为装有挡光片的钩码，挡光片宽度为b ，轻绳跨过光滑轻质定滑轮与A 和重物B 相连，A 的质量是B 的质量的3倍，A 、B 静止时挡光片上端到光电门的距离为h (h>>b )。

由静止释放B 后，挡光片经过光电门的挡光时间为t ，重力加速度为g .(1)实验中，将挡光片通过光电门的平均速度当作A 下落h 时的瞬时速度，该速度表达式为____________(用题中所给字母表示)。

判定机械能是否守恒的方法机械能是物体在运动过程中所具有的能量，包括动能和势能两部分。

在物理学中，机械能守恒定律是一个重要的基本原理，可以用来描述物体在不受外力作用下能量的转化过程。

那么，如何判定机械能是否守恒呢？下面将介绍一些实验方法和理论分析方法。

实验方法是验证机械能是否守恒的一种直接途径。

其中一个常见的实验是小球的自由落体实验。

首先，我们需要准备一个光滑的斜面，将小球放在斜面的顶端，然后释放小球让其自由滑下。

在滑下的过程中，可以测量小球的高度、速度和位置。

根据机械能守恒定律，小球在滑下过程中应该是能量守恒的。

因此，我们可以通过比较小球在不同位置和速度时的机械能来判定机械能是否守恒。

另一个实验方法是弹簧振子的实验。

弹簧振子是一个简单的机械系统，由弹簧和质点组成。

当质点在弹簧的作用下振动时，机械能会不断转化。

我们可以通过测量弹簧振子的振幅、频率和能量来判定机械能是否守恒。

如果机械能守恒，那么弹簧振子的总机械能应该保持不变。

除了实验方法，理论分析方法也可以用来判定机械能是否守恒。

其中一个常用的方法是通过物体所受的外力和内力来分析机械能的转化过程。

在一个封闭系统中，物体受到的合外力为零，那么根据牛顿第二定律，物体的加速度也为零。

当物体的加速度为零时，根据动能定理可以得出物体的动能也为零。

因此，如果一个物体受到的合外力为零，那么它的机械能就守恒。

另一个理论分析方法是通过势能的转化来判断机械能是否守恒。

在自由落体实验中，当物体从一定高度落下时，它会逐渐转化为动能。

而当物体再次上升时，动能会转化为势能。

如果系统中没有能量损失，那么物体在上升到原来的高度时，势能和动能的总和应该与初始状态相同。

通过比较物体在不同位置的势能和动能，可以判断机械能是否守恒。

判定机械能是否守恒可以通过实验方法和理论分析方法来进行。

实验方法可以通过测量物体的能量和位置来判断，而理论分析方法可以通过分析物体所受的外力和内力以及势能的转化来判定。

专题6.2 机械能守恒定律及其应用及实验【讲】目录一讲核心素养 (1)二讲必备知识 (2)【知识点一】机械能守恒定律的判断 (2)【知识点二】单物体机械能守恒问题 (4)【知识点三】实验：验证机械能守恒定律 (8)三．讲关键能力 (13)【能力点一】.多物体机械能守恒问题 (13)【能力点二】.含“弹簧类”机械能守恒问题 (17)【能力点三】.实验创新 (20)四．讲模型思想---用机械能守恒定律解决非质点问题 (25)一讲核心素养1.物理观念：重力势能、机械能。

(1)理解功和功率。

了解生产生活中常见机械的功率大小及其意义。

(2)理解动能和动能定理。

能用动能定理解释生产生活中的现象。

2.科学思维：机械能守恒定律。

(1)理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系。

定性了解弹性势能。

(2)知道机械能的含义会判断研究对象在某一过程机械能是否守恒.(3).能应用机械能守恒定律解决具体问题．3.科学态度与责任：(1)理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。

(2).能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题。

4.科学探究：实验：验证机械能守恒定律(1).熟悉“验证机械能守恒定律”的基本实验原理及注意事项.(2).会验证创新实验的机械能守恒．二讲必备知识【知识点一】机械能守恒定律的判断1．利用机械能的定义判断：分析动能和势能的和是否变化．2．利用做功判断：若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功，或有其他力做功，但其他力做功的代数和为零，则机械能守恒．3．利用能量转化来判断：若物体或系统只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化，则物体或系统机械能守恒．【例1】(2021·福建邵武七中期中)(多选)如图，轻弹簧竖立在地面上，正上方有一钢球，从A处自由下落，落到B处时开始与弹簧接触，此时向下压缩弹簧．小球运动到C处时，弹簧对小球的弹力与小球的重力平衡．小球运动到D处时，到达最低点．不计空气阻力，以下描述正确的有()A．小球由A向B运动的过程中，处于完全失重状态，小球的机械能减少B．小球由B向C运动的过程中，处于失重状态，小球的机械能减少C．小球由B向C运动的过程中，处于超重状态，小球的动能增加D．小球由C向D运动的过程中，处于超重状态，小球的机械能减少【答案】 BD【解析】 小球由A 向B 运动的过程中，做自由落体运动，加速度等于竖直向下的重力加速度g ，处于完全失重状态，此过程中只有重力做功，小球的机械能守恒，A 错误；小球由B 向C 运动的过程中，重力大于弹簧的弹力，加速度向下，小球处于失重状态，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，弹簧的弹性势能增加，小球的机械能减少，由于小球向下加速运动，小球的动能还是增大的，B 正确，C 错误；小球由C 向D 运动的过程中，弹簧的弹力大于小球的重力，加速度方向向上，处于超重状态，弹簧继续被压缩，弹性势能继续增大，小球的机械能继续减小，D 正确．【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。

动能定理与机械能守恒定律实验验证动能定理与机械能守恒定律是物理学中重要的基本定律之一。

通过实验的手段验证这两个定律的正确性，不仅可以加深对物理学理论的理解，更可以培养学生的实验操作和数据处理能力。

一、实验目的本实验的目的是验证动能定理以及机械能守恒定律，并通过实验数据的处理来进一步探索这两个定律的应用和局限性。

二、实验器材实验器材主要包括：一个光滑的水平桌面、一个小球、一个起始线、一根细线、一个电子计时器、一个直尺。

三、实验步骤1. 在桌面上设置起始线，将小球放在起始线上。

2. 用细线将小球绑在电子计时器上方的支架上，小球的下垂高度为h。

3. 释放小球，观察小球的运动情况，并记录小球通过起始线和结束线所用的时间t。

4. 重复上述实验步骤三次，分别取不同的h值。

四、实验数据处理通过实验得到的数据可以得出小球通过起始线和结束线所用时间t 与小球下垂高度h之间的关系。

根据动能定理和机械能守恒定律，可以得出以下公式：1. 动能定理：mgh = (1/2)mV²其中，m为小球质量，g为重力加速度，h为小球的下垂高度，V为小球通过起始线和结束线的速度。

2. 机械能守恒定律：mgh = (1/2)mV² + EL其中，EL为小球在通过起始线和结束线的过程中的机械能损失，包括摩擦损失、空气阻力损失等。

通过实验数据的处理，我们可以利用上述两个公式来验证动能定理以及机械能守恒定律的正确性。

首先，通过对比实验数据与理论计算值的差异，可以判断实验结果的准确性。

其次，通过分析实验数据中机械能损失的大小，可以对实际应用中的机械系统进行优化设计，以减少能量的损失和浪费。

五、实验结果分析通过实验数据的处理，我们可以得出小球的速度V与下垂高度h之间的关系。

根据实验结果，我们可以发现：1. 实验结果与理论计算值相符合，验证了动能定理和机械能守恒定律的正确性。

2. 实验数据中机械能损失的大小与实验条件有关，包括桌面的光滑程度、空气的阻力等因素。

第五章机械能实验第5讲探究动能定理第6讲验证机械能守恒定律一、学习目标明确目的、原理和方法，能控制条件，会使用器材，会观察、分析实验现象，会记录、处理数据，并得出结论，对结论进行分析和评价，知道有效数字。

二、自学、填空大一轮P85 P89实验必备知识三、预习问题1、探究功与速度变化的关系(1)小车运动过程中受几个力？为使橡皮筋的拉力充当合力，应怎样处理？合外力功如何表示？(2)实验中哪些力对小车做功？小车做运动性质是什么？末速度如何测出？(3)如何处理实验数据，得到合力的功与速度变化的关系？2、验证机械能守恒定律(1)选择哪一个运动模型和哪一种形式关系式来验证？需要测定哪些物理量？怎样测量？(2)数据如何处理？得到怎样的结论说明机械能守恒？(3)为了减小误差，应该注意哪些问题？四、高考真题(08·江苏·11)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,将钢球从轨道的不同高度h处静止释放,钢球的落点距轨道末端的水平距离为（1）若轨道完全光滑,s2与h的理论关系应满足s2=（用H、h表示）（2）该同学经实验测量得到一组数据,如下表所示：请在坐标纸上作出s-h关系图（3）对比实验结果与理论计算得到的s2-h关系图线（图中已画出）,自同一高度静止释放的钢球,水平抛出的速率（填“小于”或“大于”）理论值。

（4）从s2-h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著,你认为造成上述偏差的可能原因是五、典型例题《大一轮》P73典例1、P73典例2、P71例1、例2小结：六、提升训练A组《大一轮》P71跟踪训练1-2、P71跟踪训练1-1、P72例3、B组《大一轮》P72跟踪训练3-1、《大一轮》P73即学即练七、课后反思（1）4Hh （2）见下图 （3）小于 （4）摩擦,转动（回答任一即可）解析 （1）由机械能守恒mgh=21mv 2 ①由平抛运动规律s=vt ② H=21gt 2 ③由①②③得s 2（2）根据表中数据描出s 2-h 关系如图（3）由图中看出在相同h 下,水平位移s 值比理论值要小,由s=vt=v g H 2,说明水平抛出的速率比理论值小（4）水平抛出的速率偏小,说明有机械能损失,可能因为摩擦,或在下落过程中小球发生转动.。

平抛实验探究平抛物体的运动规律水平方向：匀速直线运动 x vt = 0x v v =竖直方向：自由落体运动 212h gt =y v gt =【例1】三个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动规律”的实验：⑴甲同学采用如图①所示的装置，用小锤打击弹性金属片，金属片把A 球沿水平方向弹出，同时B 球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤打击的力度，使A 球被弹出时的速度不同，两球仍然同时落地，这说明 。

⑵乙同学采用如图②所示的装置，两个相同的斜槽轨道M 、N ，分别用于发射小铁球P 、Q ，其中N 的末端作与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C 、D 。

斜槽轨道M 到水平板的高度可调，但两轨道始终保持平行，因此小铁球P 、Q 在轨道出口处的水平速度v 0总是相等的。

现将小铁球P 、Q 分别吸在电磁铁C 、D 上，然后同时切断电源，使两小球能以相同的初速度v 0同时分别从轨道M 、N 的下端A 、B 射出，实验观察到的现象应是 _________________________________。

若仅改变轨道M 的高度(两轨道仍然保持平行)，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这是因为___________________________________。

⑶丙同学采用频闪摄影法拍摄到如图③所示的“小球做平抛运动”的照片，图中每个小方格的实际边长为L ＝2.5cm 。

由图可求得拍摄时每间隔时间T ＝______s 曝光一次，该小球平抛的初速度大小v ＝______m/s 。

(取g ＝10m/s 2)【例2】在“研究平抛物体的运动”的实验中<1>为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线成水平方向，检查方法是____________________<2>小球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为x 轴和y 轴，竖直线是用________来确定的<3>验证实验得到的轨迹是否准确的一般方法是：在水平方向从起点处取两段连续相等的位移交于曲线两点，作水平线交于y 轴，两段y 轴位移之比为___________<4>某同学建立的直角坐标系如图所示。

第9节实验：验证机械能守恒定律一、实验目的1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。

2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。

二、实验原理让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：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 12＝mgh 成立，则物体的机械能守恒。

三、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、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。

四、实验步骤1．安装置：按图将检查、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次～5次实验。

3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2 mm 的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm 的第一个点作为起始点，记作O ，在距离O 点较远处再依次选出计数点1、2、3…4．测距离：用刻度尺测出O 点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h 1、h 2、h 3… 五、数据处理1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O ，在纸带上从离O 点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…并测量出各计数点到O 点的距离h 1、h 2、h 3…再根据公式v n ＝h n ＋1－h n －12T，计算出1、2、3、4、…n 点的瞬时速度v 1、v 2、v 3、v 4、…v n 。

2．机械能守恒验证方法一：利用起始点和第n 点。

从起始点到第n 个计数点，重力势能减少量为mgh n ，动能增加量为12mv n 2，计算gh n 和12v n 2，如果在实验误差允许的X 围内gh n ＝12v n 2，则机械能守恒定律得到验证。

2021届高考物理必考实验六：验证机械能守恒定律1.实验原理(1)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互相转化,但总的机械能保持不变,若物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h,则重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为mv2,看它们在实验误差允许的范围内是否相等,若相等则验证了机械能守恒定律。

(2)计算点n速度的方法:测出点n与相邻前后点间的距离x n和x n+1,如图所示,由公式v n=或v n=算出。

2.实验器材铁架台(含铁夹),打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,导线,毫米刻度尺,重物(带纸带夹)。

3.实验步骤(1)安装置: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m=mgh n验证时,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。

若1、2两点间的距离大于2 mm,这是由先释放纸带,后接通电源造成的,这样,第1个点就不是运动的起始点了,这样的纸带不能选。

②用m-m=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,这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了,只要后面的点迹清晰就可选用。

4.数据分析方法一:利用起始点和第n点计算。

代入gh n和,如果在实验误差允许的情况下,gh n=,则验证了机械能守恒定律。

方法二:任取两点计算。

(1)任取两点A、B,测出h AB,算出gh AB;(2)算出-的值;(3)在实验误差允许的情况下,若gh AB=-,则验证了机械能守恒定律。

方法三:图象法。

从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的二次方v2,然后以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出v2-h图线,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定律。

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12mv 2A ＋mgh A＝12mv 2B ＋mgh B 上式亦可写成12mv 2B－12mv 2A ＝mgh A －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：12mv 2A ＝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，v A 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12mv 2n ＝mgh n 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12mv 2B－12mv 2A ＝mg Δh 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．T S S v n n n 211-++=五、数据处理方法一：利用起始点和第n 点计算代入mgh n 和12mv 2n ，如果在实验误差允许的条件下，mgh n 和12mv 2n 相等，则验证了机械能守恒定律．方法二：任取两点计算(1)任取两点A 、B 测出h AB ，算出mgh AB . (2)算出12mv 2B －12mv 2A 的值．(3)在实验误差允许的条件下，若mgh AB ＝12mv 2B －12mv 2A ，则验证了机械能守恒定律．方法三：图象法从纸带上选取多个点，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，然后以12v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出12v2－h图线．若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律．六、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(如空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔE k稍小于重力势能的减少量ΔE p，即ΔE k<ΔE p，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．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0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来减小误差．七、注意事项1．打点计时器要稳定的固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，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．3．实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带．4．测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完．5．速度不能用v n＝gt n或v n＝2gh n计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用v n＝gt n计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算．同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn ＝12gt2n或h n＝v2n2g计算得到．6.因为打点计时器每隔 s打点一次，在最初的 s内物体下落距离应为 m，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年 2 mm 的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔 t = s.7.因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量 m，8.必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落。

验证机械能守恒定律实验报告数据实验目的：验证机械能守恒定律实验原理：机械能守恒定律是指在没有外力做功和无能量损失的情况下，一个物体的机械能保持不变。

机械能包括动能和势能两部分，动能是物体由于运动而具有的能量，势能是物体由于位置而具有的能量。

机械能守恒定律的数学表达式为：E1=E2，其中E1是物体在初始状态下的机械能，E2是物体在最终状态下的机械能。

实验材料和装置：1.一根光滑的斜面2.一个小车3.一个万能计时器4.一组标尺5.一组测量重量的天平实验步骤：1.将斜面倾斜固定在实验台上，并调整斜面的角度，使其形成一个合适的斜度。

2.在斜面上放置一个小车，并确保小车能够顺利地滑下斜面。

3.使用万能计时器测量小车从斜面顶端滑到底端的时间t。

4.使用标尺测量小车滑下斜面的高度h。

5.使用天平测量小车的质量m。

实验数据记录：斜面的角度：30°时间t：3.5秒高度h：1.2米质量m：0.5千克实验结果计算：首先计算小车滑下斜面的平均速度v，公式为：v=h/t v=1.2/3.5≈0.343m/s然后计算小车的动能E1，公式为：E1=0.5*m*v^2E1=0.5*0.5*(0.343)^2≈0.058J接下来计算小车在底端的势能E2，公式为：E2=m*g*h 其中g为重力加速度E2=0.5*9.8*1.2≈5.88J最后比较E1和E2的值：E1≈0.058JE2≈5.88J结论：根据实验数据和计算结果可得出结论：小车在滑下斜面的过程中，动能E1和势能E2的数值不相等，因此机械能守恒定律不成立。

这可能是由于实验中存在能量损失，例如摩擦力的作用导致机械能的损失。