高一物理 实验：验证机械能守恒定律 教案
1 实验：验证机械能守恒定律
【教材分析】
本节课的主要内容是定量验证自由落体运动的机械能守恒。使学生真正理解实验目的、实验原理、实验注意事项及误差来源。体现重视过程的教学理念。
【教学目标】
一、知识与技能
1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度．
2．掌握验证机械能守恒定律的实验原理．
二、过程与方法
通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法．
三、情感态度与价值观
通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观．培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度．
【教学重点】掌握验证机械能守恒定律的实验原理．
【教学难点】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．
【高考分析】本节课在近四年高考中未出过题，但是在高考实验题中属于重点。用加以重视，特别是实验原理和注意事项。
【教学方法】探究、讲授、讨论、练习
【教具】
重物、电磁打点计时器以及纸带、复写纸片、低压电源及两根导线、铁架台和铁夹、刻度尺、小夹子．
【教学过程】
（一）引入新课
师：复习一下什么叫做机械能守恒定律?
生：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保
持不变．这叫做机械能守恒定律．
师：机械能守恒的条件是什么?
生：只有重力和弹力做功．
师：自由落体运动中机械能是不是守恒?
生：自由落体运动中物体只受到重力的作用，这个过程只有重力做功，所以机械能是守
恒的．
（二）进行新课
1、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。
在图1中，质量为m的物体从O点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点A和B的机械能分别为：
EA=AAmghmv221， EB=BBmghmv221
- 1 - 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：
方案一：以物体自由下落的位置O为起始点，测出物体下落高度h时的速度大小v，若12 mv2＝mgh成立，则可验证物体的机械能守恒。
方案二：测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，v1、v2的计算方法与方案一的相同。若关系式12 mv22 －12 mv21 ＝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
实验过程
一、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3～5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 - 2 - 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h1、h2、h3…
二、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h1、h2、h3…再根据公式vn＝hn＋1－hn－12T ，计算出1、2、3、4、…n 点的瞬时速度v1、v2、v3、v4…vn。
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mghn，动能增加量为12 mv2n ，计算ghn和12 v2n ，如果在实验误差允许的范围内ghn＝12 v2n ，则机械能守恒定律得到验证。
2020-2021学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册第八章
第5节 实验：验证机械能守恒定律
姓名：__________ 班级：__________考号：__________
1、 某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30 Hz和40 Hz，打出纸带的一部分如图（b）所示．
该同学在实验中没有记录交流电的频率，需要用实验数据和其他条件进行推算．
（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为_________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度的大小为________.
（2）已测得=8.89cm，=9.5.cm，=10.10cm；当重力加速度大小为9.80m/，试验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%．由此推算出为________ Hz．
2、 在用落体法验证机械能守恒定律时，某小组按照正确的操作选得纸带如图.其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中．（已知当地的重力加速度g＝9.80 m/s2 ， 重锤质量为m＝1 kg，计算结果均保留3位有效数字）
图中的三个测量数据中不符合有效数字读数要求的是________段的读数，应记作________cm； ②甲同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，他用AC段的平均速度作为B点对应的瞬时速度vB ，
则求得该过程中重锤的动能增加量ΔEk＝________J，重力势能的减少量ΔEp＝________J；这样验证的系统误差总是使ΔEk________ΔEp（选填“>”、“<”或“＝”）；
③乙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＝gt计算与B点对应的瞬时速度vB ， 求得动能的增加量ΔEk＝________J这样验证的系统误差总是使ΔEk________ΔEp（选填“>”、“<”或“＝”）．
高中物理之机械能守恒定律知识点
机械能包括动能；重力势能；弹性势能。在不牵涉到弹力做功的情况下，物体所具有的机械能就是动能和重力势能的和。
机械能守恒的应用分为两种情况：
判断一个物体的机械能是否守恒有两种方法：
（1）物体在运动过程中只有重力做功，物体的机械能守恒。
（2）物体在运动过程中不受媒质阻力和摩擦阻力，物体的机械能守恒。
四类题型
（1）阻力不计的抛体类
包括竖直上抛；竖直下抛；斜上抛；斜下抛；平抛，只要物体在运动过程中所受的空气阻力不计。那么物体在运动过程中就只受重力作用，也只有重力做功，通过重力做功，实现重力势能与机械能之间的等量转换，因此物体的机械能守恒。
（2）固定的光滑斜面类
在固定光滑斜面上运动的物体，同时受到重力和支持力的作用，由于支持力和物体运动的方向始终垂直，对运动物体不做功，因此，只有重力做功，物体的机械能守恒。
（3）固定的光滑圆弧类
在固定的光滑圆弧上运动的物体，只受到重力和支持力的作用，由于支持力始终沿圆弧的法线方向而和物体运动的速度方向垂直，对运动物体不做功，故只有重力做功，物体的机械能守恒。
（4）悬点固定的摆动类
和固定的光滑圆弧类一样，小球在绕固定的悬点摆动时，受到重力和拉力的作用。由于悬线的拉力自始至终都沿法线方向，和物体运动的速度方向垂直而对运动物体不做功。因此只有重力做功，物体的机械能守恒。
系统的机械能守恒
由两个或两个以上的物体所构成的系统，其机械能是否守恒，要看两个方面
（1）系统以外的力是否对系统对做功，系统以外的力对系统做正功，系统的机械能就增加，做负功，系统的机械能就减少。不做功，系统的机械能就不变。
（2）系统间的相互作用力做功，不能使其它形式的能参与和机械能的转换。
系统内物体的重力所做的功不会改变系统的机械能
系统间的相互作用力分为三类
①刚体产生的弹力：比如轻绳的弹力，斜面的弹力，轻杆产生的弹力等。
② 弹簧产生的弹力：系统中包括有弹簧，弹簧的弹力在整个过程中做功，弹性势能参与机械能的转换。
