2、研究机械能守恒定律

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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。

机械能和能量守恒定律的研究与实验

实际应用场景
能量守恒定律公式
数学表达形式
机械能守恒定律的前提条件
无外力做功
封闭系统内部受到的外力为零系统内部能量保持恒定
势能只受重力势能的变化
势能的变化仅与物体的高度有关势能转换成动能
能量转化和转移的实例
01 弹簧振子的动能和势能转化
振动系统中的能量变换过程
02 滑块在斜面上的机械能转移
圆周运动中的机械能守恒
动能与势能之和保持不
变
圆周运动中的机械能守恒原理
应用广泛
在圆周运动控制中的应用
实验验证
通过实验验证机械能守恒定律
弹簧振子与磁铁系统的机械能守恒
能量转移机制
弹簧振子和磁铁系统的能量转移过程
相互作用
不同系统之间的相互作用机理
实验结果展示
实验结果清晰展示了机械能守恒定律的有效性
02 能源储存技术
研究更先进的能源储存技术，提高能量的利用率
03 智能控制系统
应用智能控制系统提高机械能转换效率
结语
深刻认识能量转换
机械能和能量守恒定律的研究让我们更深刻地理解了能量在转换过程中的规律能源转换不是单纯的能量的流动，而是一个复杂的系统
科学未来展望
通过对机械能和能量守恒定律的深入研究，将会为未来科学研究领域带来更多的启示新的能源技术和可持续发展将成为未来的主要方向
● 04
第四章能量守恒定律在实际生活中的应用
能源转换与能量守恒
能源转换是指将一种形式的能量转换为另一种形式的过程。这一过程中，能量不会被创造或销毁，而是发生转化。能量守恒定律指出，在一个孤立系统中，能量的总量是恒定的。能源转换中的能量转化过程充分体现了能量守恒定律的作用。

机械能守恒定律的探究实验

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）。

机械能守恒定律的研究

对未来科技发展的启示
机械能守恒定律是物理学中的基本定律之一，它揭示了能量守恒的原理，对于理解自然界的规律具有重要意义。
机械能守恒定律的应用广泛，如在能源、交通、建筑等领域，对于提高能源利用效率、减少环境污染等方面具有重要作用。
机械能守恒定律的研究对于未来科技的发展具有启示作用，如在新能源、新材料、人工智能等领域，需要遵循能量守恒的原理，实现可持续发展。
06 机械能守恒定律的意义和价值
Part One
单击添加章节标题
Part Two
机械能守恒定律的起源
历史背景
发展历程：18世纪，法国科学家拉格朗日对机械能守恒定律进行了深入研究
机械能守恒定律的提出：17 世纪末，牛顿提出了机械能守恒定律
验证实验：19世纪，英国科学家焦耳通过实验验证了机
持
Part Three
机械能守恒定律的原理
动能和势能转换
机械能守恒定律：在一个封闭系统中，动能和势能可以相互转换，但总能量保持不变。
动能：物体由于其状态和位置而具有的能量，与物体的质量和速度有关。
势能：物体由于其状态和位置而具有的能量，与物体的质量和位置有关。
转换过程：当一个物体在重力作用下下落时，它的势能转化为动能；当一个物体被压缩或拉伸时，它的动能转化为势能。
热力学第二定律：熵增原理，表示在一个自发过程中，系统的熵总是增加的。
热力学第三定律：绝对零度定律，表示在绝对零度时，系统的熵达到最小值。
热力学第四定律：热力学循环，表示在一个热力学过程中，系统的熵增加等于外界对系统的熵增加。
在电磁学中的应用
电磁感应：机械能转化为电能
电磁波：机械能转化为电磁波能
实验设计

研究机械能守恒定律

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。

机械能守恒定律

而单个物体机械能不守恒
常见形式：轻绳连接、轻杆连接、弹簧连接（物体+弹
簧或物体+弹簧+物体）、叠加。
4、机械能是否守恒的判断方法
（1）用做功来判断：只有重力或系统内弹力做功
（2）用能量转化来判断：对单个物体或者物体系：
只有动能和势能的相互转化而无其他形式能的转化，
则物体系机械能守恒。
5、机械能不守恒的情况：
（1）、除重力和弹力之外的力对物体做功，（如滑动摩
擦力、空气阻力做功做功）物体的机械能不守恒。除重力
和弹力之外的那些力做正功，机械能要增加；除重力和弹
力之外的那些力做负功，机械能要减少，而且增加或减少
的数值，等于除重力和弹力之外的那些力做功的数值，
（2）、绳子在被绷紧的瞬间，物体的机械能不守恒。
物体沿绳子方向的速度突变为零。
机械能守恒定律
机
械
能
动能
+
= 重力势能
+
弹性势能
机械能守恒定律
1、内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与
势能可以互相转化,而总的机械能保持不变.
2、机械能守恒定律的三种表达形式：
（1）守恒的观点： Ek 初 EP初 Ek 末 EP末
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
（2）转化的观点：
Ek EP
即动能（势能）的增加量等于势能（动能）的减少量
（3）转移的观点：
E A增 EB减
即A物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量
3、机械能守恒的条件
（1）、单个物体：若
时机械能守恒
（2）、对于物体系：若
系统内弹力
，
则物体和轻绳（轻杆、弹簧）组成的系统机械能守恒，

8验证机械能守恒定律实验报告

8验证机械能守恒定律实验报告实验报告：验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律，通过实验得出结论。

二、实验器材1.平滑水平面2.木块3.弹簧测力计4.测量尺5.直尺6.秤盘7.弹簧三、实验原理机械能守恒定律是描述物体在重力作用下的机械能变化过程的基本定律。

根据机械能守恒定律，在不计摩擦的条件下，物体在运动过程中的重力势能和动能之和保持恒定。

四、实验步骤1.将平滑水平面放在桌面上，确保其表面光滑水平。

2.将弹簧固定在平滑水平面上，使其一端固定在一个固定点上。

3.在弹簧的另一端固定一个木块，并将弹簧拉伸到适当的长度。

4.在木块上放置一个秤盘，将木块推向弹簧的一侧。

5.记录下木块达到最高点的高度，并用测量尺测量出其距离固定点的距离。

6.将木块放置在初始位置，然后再次用测量尺测量出木块的初始高度。

7.重复步骤4-6三次，记录下所有的数据。

五、实验数据记录实验次数，最高点高度（米），初始高度（米）第一次，0.32，0.48第二次，0.30，0.48第三次，0.33，0.48六、实验结果分析根据机械能守恒定律，物体在运动过程中的重力势能和动能之和保持恒定。

在本实验中，木块在达到最高点时，动能为零，因此其机械能仅由重力势能构成。

根据机械能守恒定律可得，木块达到最高点时的重力势能等于木块初始位置的重力势能。

即mgh = mgh'其中，m为木块的质量，g为重力加速度，h为木块达到最高点的高度，h'为木块初始位置的高度。

七、计算根据上述公式，我们可以计算出木块初始位置的高度h'：h'=h*(m/m')其中，m'为木块的质量，m/m'为木块的重力势能比。

在本实验中，取第一次实验的数据进行计算：m = 0.5 kgh=0.32mm' = 0.48 kg因此h'=0.32*(0.5/0.48)=0.333m八、实验结论通过实验数据和计算结果可知，木块达到最高点时的重力势能等于木块初始位置的重力势能。

验证机械能守恒定律的实验结论

验证机械能守恒定律的实验结论引言机械能守恒定律是物理学中的一个重要定律，它指出在一个孤立系统中，机械能的总量保持不变。

为了验证这一定律，我们进行了一系列实验，并得出了以下结论。

实验步骤为了验证机械能守恒定律，我们设计了以下实验步骤：实验器材准备1.弹簧振子2.重物3.摆线器4.计时器实验步骤1.将弹簧挂在支架上，使其自由摆动。

2.将重物系在弹簧下方，使其成为一个简谐振动的系统。

3.记录下重物的质量、弹簧的劲度系数等相关参数。

4.用摆线器测量振子的摆动周期。

5.重复实验多次，记录下不同条件下的周期数据。

数据处理与分析我们根据实验数据进行了详细的数据处理和分析。

数据处理1.将实验数据整理成表格，包括重物质量、弹簧劲度系数和振动周期等数据。

2.计算出每组实验数据的机械能，即重物的动能和弹簧的势能之和。

数据分析1.绘制重物质量与机械能的关系图表。

2.根据图表观察到的规律，分析机械能与重物质量的关系。

实验结果与讨论经过数据处理和分析，我们得出了以下实验结果和讨论。

实验结果1.重物质量越大，机械能越大。

2.重物质量与机械能呈线性关系。

结果讨论根据实验结果，我们可以得出以下结论：1.在这个简谐振动的系统中，机械能守恒定律成立。

2.重物质量的增加导致了机械能的增加，这与机械能守恒定律的预期一致。

结论根据我们的实验结果和讨论，我们可以得出结论：机械能守恒定律在这个简谐振动的系统中成立。

重物质量的增加导致了机械能的增加，验证了机械能守恒定律的有效性。

总结通过这个实验，我们深入研究了机械能守恒定律，并通过实验验证了其有效性。

这个实验不仅加深了我们对机械能守恒定律的理解，也提供了一种验证物理定律的方法。

我们希望通过这个实验的结果，能够为进一步研究和应用机械能守恒定律提供参考和基础。

验证机械能守恒定律的实验研究

《中物理》必修１鲁科版第６高（）Ｏ页迷你小
实验如下：
方向、用点 — — 重心，本节的重点和难点。为作是加深学生理解，实际教学过程中起到了良好的在
效果。
１倒滚的圆锥
了便于学生接受，者在处理这部分知识时，笔自己动手设计了几个小实验，来增强学生的学习兴趣，
速，低的能Ｅ＝ｍ ÷ 度：＝最点动 ÷ ＝ｍ
２
，
，
摆球重力势能的变化量Ａ＝ｍ－一Ｅ
图１
ｍｈ。若Ｅｇ：与Ａ。近似相等，就验证了机械Ｅ也能守恒定律的正确性。
２用弹簧验证机械能守恒定律
验证机械能守恒定律的实验研究
口王中东徐玉华
山东省泗水一中２３０７２０
如果物体系统内只有重力或弹簧的弹力做功，物体的动能和势能可以相互转化，总的机械但能保持不变，叫做机械能守恒定律。而物体的动能、势能的代数和，是物体系统的机械能。若要就验证物体系统的机械能是否守恒，须在满足守必恒条件的前提下，比较动能和势能的相互转化关系或动能、势能的代数和。我们一般利用落体法来验证机械能守恒定律，
成功地验证机械能守恒定律。若从静止开始算起，即＝，更简便。在此介绍两种方法。０则

(完整版)验证机械能守恒定律

验证机械能守恒定律1、原理：mgh=12mv 22、误差分析：△E P ＞△E k ，由于要克服纸带与打点计时器之间的摩擦力及空气阻力做功。

3、数据处理：（1）作12v 2—h 图像，图像斜率表示重力加速度g （2）通过纸带测量h ，并算出v ，验证mgh=12mv 2 4、注意事项：（1）实验器材：打点计时器（电磁10V 以下交流，电火花220V 交流）、学生电源、铁架台（包括铁夹）、纸带、附夹子的重锤、刻度尺、导线若干（不需要秒表，因为打点计时器本身就是计时仪器；不需要天平测质量，因为等式两边的m 可以约掉）（2）实验前装置中纸带要竖直放置穿过限位孔，且重物靠近打点计时器（3）重物选择体积小密度大的物体（如重锤）（4）实验时先接通电源，后释放纸带（5）取1、2两点间距接近2mm 的纸带测量（h=1/2gt 2=1/2×10×0.022=0.002m=2mm ，说明阻力小，接近于自由落体）（6）实验结论：在实验误差允许的范围内机械能守恒（7）误差分析：△E P ＞△E k ，由于要克服纸带与打点计时器之间的摩擦力及空气阻力做功 △E P ＜△E k ，计时起点的速度不为零（比如先释放纸带，再接通电源）（8）数据处理：若纸带初始一段不清晰，可以从点迹清晰处开始取一段研究，则原理式变为mg △h=12mv 22—12mv 12 （9）注意有效数字（保留X 位有效数字；保留X 位小数）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．（1）若已知打点计时器的电源频率为50 Hz ，当地的重力加速度取g ＝9.80 m/s 2，重物质量为0.2 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示，打P 点时，重物的速度为零，A 、B 、C为另外3个连续点．根据图中的数据可知，重物由P点运动到B点，重力势能减少量ΔE p＝________J，动能的增加量ΔE k＝__________．(结果保留三位有效数字)（2）若PB的距离用h表示，打B点时重物的速度为v B，理论上当两者间的关系式满足__________时，说明下落过程中重锤的机械能守恒(已知重力加速度为g)．（3）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2、在用电火花计时器(或电磁打点计时器)研究匀变速直线运动的实验中，某同学打出了一条纸带．已知打点计时器打点的时间间隔为0.02 s，他按打点先后顺序每5个点取1个计数点，得到了O、A、B、C、D等几个计数点，如图所示，则相邻两个计数点之间的时间间隔为________s．用刻度尺量得OA＝1.50 cm、AB＝1.90 cm、BC＝2.30 cm、CD＝2.70 cm.由此可知，打C点时纸带的速度大小为________m/s.（1）现有器材：打点计时器、学生电源、铁架台（包括铁夹）、纸带、附夹子的重锤、刻度尺、秒表、导线若干，其中此实验不需要使用的器材是．（2）关于这一实验，下列说法中正确的是________．A. 打点计时器应接直流电源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. 选定重物后，一定要称出它的质量E. 重物应选用密度小的物体F. 应选择体积大、质量小的重物G. 释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直H. 重锤下落中手始终提住纸带上端，保持纸带竖直I. 重物增加的动能略小于其减少的重力势能J. 可用公式v＝gt计算重物的速度K. 可用公式v＝2gh计算重物的速度L. 安装纸带时，应将纸带置于复写纸的下方M. 测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度。

机械能守恒定律

机械能守恒定律机械能守恒定律力学中的重要定律。

物质系统内只有保守内力作功，非保守内力（如摩擦力）和一切外力所作的总功为零时，系统内各物体的动能和势能可以互相转换，但它们的总量保持不变。

说明：（1）根据质点系的动能定理，我们有W外+W内保+W内非=Ek2-Ek1，由于保守内力所作的功可以表示为势能增量的负值，即W内保=-（Ep2-Ep1），这样就可得W外+W内非=（Ek2+Ep2）-（Ek1+Ep1），W外+W内非=E2-E1。

此式表示，质点系在运动过程中，它所受外力的功与系统内非保守力的功之总和，等于它的机械能的增量。

当W外=0、W内非=0时，就有系统机械能保持不变的守恒定律E2=E1=常量。

（2）机械能守恒定律是牛顿运动定律的一个推论，因此只有在惯性系中成立。

当W外=0，W内非=0以及Fi外=0的条件下，系统的机械能守恒在所有惯性系中绝对成立。

而当Fi外≠0，但W外=0，W内非=0时，系统的机械能守恒只对某个特定的惯性系成立。

（3）在中学物理中，保守力遇到最多的是重力和弹力。

因此，如果物体系各物体只有重力和弹力对它们做功，而无其他力做功时，系统机械能守恒。

这一守恒是运动变化中的守恒，是转化中的守恒，总量的守恒，但就系统内各物体而言，其动能和势能各自并不是不变的，而是互相转化的。

机械能守恒定律是对一个过程而言的，在只涉及重力及弹力作功的过程中，机械能守恒定律应用时，只考虑初始状态和终了状态的动能和势能，而不考虑运动的各个过程的详细情况。

因此，如果不要求了解过程的具体情况，用机械能守恒定律来分析某些力学过程，比用其他方法简便得多。

（4）一个不受外界作用的系统叫做封闭系统或孤立系统。

对于封闭系统，外力的功当然为零。

如果系统状态发生变化时，有非保守内力做功，它的机械能就不守恒。

但在这种情况下，对更广泛的物理现象，包括电磁、热、化学以及原子内部的变化等研究表明，如果扩大能量的范围，引入更多的能量概念，如电磁能、内能、化学能或原子核能，即能证明：一个封闭系统经历任何变化时，该系统的所有能量的总和是不改变的，它只是从一种形式的能量转化为另一种形式的能量，或从系统的此一物体传递给彼一物体。

2、研究机械能守恒定律 (2)

3
D.
重力做功
mgh
3
谢谢大家！
可视为质点的小球从离地面 12m高处自由下落5m。g取 10m/s2
VA=
, EKA=
,
EPA=
,EA=
;
WG= , W其它力= ;
VB=
, EKB=
,
EPB=
,EB=
;
可视为质点的小球从离地面1.2m高处做竖直上抛运动，不计阻力。 g取 10m/s2
μ=0.5
学以致用
1.解释课前的“碰鼻”实验。
2.在下面各实例中，哪些过程机械能是守恒的？哪些过程机械能不守恒？
（1）跳伞运动员张开伞后，在空中匀速下降
（2）铅球在空中做平抛运动
（3）空中做匀速圆周运动的卫星
（4）小球自由下落，落在竖直弹簧上，将弹簧压缩后又被弹簧弹起来，小球的机械能守恒。
3．如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落
对机械能守恒条件的理解
（1）系统内物体只受重力，不受其他力。如：自由落体运动和各种抛体运动。（2）系统内物体只受重力或弹力，不受其他力。（3）系统内物体受重力和弹力，还受其他力，但其他力不做功。如之前表格中例4。
（4）系统内物体受重力和弹簧弹力，还受其他力，其它力也做功，但其它力做功的代数和为零。
下，不计空气阻力，以桌面为参考平面，则小球落到地面前瞬间
的机械能为（ C ）
A．0
B．mgh
C．mgH
D．mg(H+h)
4.质量为m的物体，在距地面h高处以
g
3
的加速度由
静止竖直下落到地面。下列说法中正确的是（ C ）
A.
物体的重力势能减少 mgh

研究机械能守恒的自由落体实验

研究机械能守恒的自由落体实验引言：自由落体是物理学中一个重要的研究对象，通过研究自由落体，我们可以理解机械能守恒定律在这个过程中的应用。

机械能守恒的实验可以帮助我们深入了解物体在自由落体过程中的动能和势能的相互转化关系以及能量守恒的重要性。

本文将详细介绍机械能守恒的自由落体实验的定律、实验准备、过程以及实验的应用和其他专业性角度。

一、机械能守恒的定律：机械能守恒指的是在一个孤立系统中，当只有重力做功时，物体的机械能(动能和势能之和)守恒。

具体可以表示为：K1 + U1 = K2 + U2，其中K1和K2分别为初始和结束时的动能，U1和U2则分别为初始和结束时的势能。

二、实验准备：1. 实验仪器：一个直立的竖直轨道、一颗小球、一个钟摆、一个数码读数器。

2. 实验材料：一张无摩擦阻力的桌布、一个光滑的小球、一根可调节长度的线、一只手摇钟摆、一块透明玻璃板。

三、实验过程：1. 准备工作：a. 在桌布上设置直立的竖直轨道，并确保其牢固稳定。

b. 将数码读数器置于竖直轨道的下方，并将其调节至静止状态。

c. 在轨道的顶端放置一个小球，让其自由落体到数码读数器上。

2. 实验步骤：a. 首先调节数码读数器以零位校准。

b. 发射小球，让其自由落体到数码读数器上。

c. 记录下小球到达数码读数器时的高度和相应的速度。

d. 重复实验多次，记录不同高度和速度下的数据。

四、实验应用与专业角度分析：1. 应用：a. 通过该实验可以验证机械能守恒定律是否成立，进一步加深对物理定律的理解。

b. 通过记录不同高度和速度下的数据，我们可以计算机械能的转化情况，从而更加深入地研究自由落体的物理规律。

c. 实验结果还可以应用于工程领域，比如设计防护装置、建筑物抗震措施等。

2. 专业角度分析：a. 在实验中，我们可以利用能量转化与守恒的原理，学习如何建立一个性能良好的系统。

这对于工程设计和优化至关重要。

b. 实验中测量小球的速度和高度可以锻炼我们的实验技能，提高测量精度，并了解测量误差和如何进行误差分析。

26实验2用气垫导轨验证机械能守恒定律

实验2 用气垫导轨验证机械能守恒定律【实验目的】验证机械能守恒定律。

【实验器材】气垫导轨一套（含垫块、挡光框、滑块、气源等）、光电门、电子秤、直尺。

实验装置图如图2.6-4所示。

【实验原理】在无摩擦的下滑运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒。

设物体在G1与G2处的瞬时速度分别为v1与1，据此可验证机械能是v2，G1与G2的高度差为h，则有mgh=m2否守恒。

【实验设计与步骤】滑块的质量用电子秤测出，在滑块m上门装d=0.5cm的挡光框，d；滑块下落的高度差h 利用光电门测出挡光时间，则滑块的速度v=tHs算出。

可利用比例关系h=L1.先把导轨调成水平，然后用垫块把导轨的一端垫高H，并从导轨标尺上读出导轨两脚间的距离L。

2.在G1与G2处安装两个光电门，并用直尺测量它们之间的距离s。

3.在滑块m上门装d=0.5cm的挡光框，使它由轨道上端任一处滑下，测出它通过光电门G1和G2的时间t1与t2，并由此计算速度v1和v2。

4.从不同位置释放滑块m，重复几次实验，在表2.6-2中记录相应数据。

【实验数据记录与分析】参考实验数据及处理结果见表2.6-2。

表2.6-2M=0.15kg，g=9.8m/s，d=0.5cm，H=7cm，L=86cm，s=50cm。

结论：在忽略各类助理的情况下，可以认为机械能守恒。

【问题与讨论】1.在本实验中，s值是大些好还是小些好？为什么？答：s值要取得小些，可减少滑块克服阻力做的功，使结果与两个值更接近。

2.在本实验中，垫块的高度h是大些好还是小些好？为什么？d 答：h值要取得大些，这样测出的速度更加精确，因为滑块的速度v=t 实际上是平均速度，近似为瞬间速度，因此时间越小速度越精确。

3.在本实验中，是否需要测量滑块的质量？滑块的质量是大些好还是小些好？答：可以不测量滑块的质量，但应使滑块质量大些，以使重力做功远大与阻力做功。

【实验拓展与改进】本实验也可以用相反的过程来验证，用轨道下端支架上的橡皮筋把滑块以足够的初速度（但不宜太大）弹出，使之沿轨道向上运动，测定它由G1到G2过程中动能的减少量和势能的增加量，看两者是否相等，测算方向同前。

验证机械能守恒定律实验报告数据

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。

《实验验证机械能守恒定律》

_大__于动能的增加量，这样才是符合实际的。
5、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？
实验步骤
思考题：
1、该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是
第一点O为计时起点，O点的速度应为零。
怎样判别呢？ x1-2 = 2mm
2、如何测量瞬时速度
v中时
=
v
=
x 2T
3、是否需要测量重物的质量？
1
mv2 = mgh
2
2
v2
v2
2
2
h
h
h
h
0A
0B
0C
0D
例3、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。
（1）若选定物块A从静止开始下落的过程
进行测量,则需测量的物理量有 ①__②__或__①__③__，。
①物块的质量m1、m2；
高度hn /m 速度vn /m/s ？
势能EP /J 动能EK /J
h
2
3
4
可不可以 5 用图象处
理数据?
8
7
6
5
4
9
6
10
【课堂合作探究】
在《验证机械能守恒定律》的实验中，已知
打点计时器所用电源的频率为50Hz，测得当地的
重力加速度g=9.8m/s2，测得所用重物的质量为 1.00kg，实验中得到一点迹清晰的纸带（如图），
计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的
EK7＋mgh＝EK13
7、推导出本教材在验证机械能守恒定律实验中的具体表达式。
计时器打下的第一个点作为起始 V 点，适当大距离后选一个点作终点

机械能守恒定律的研究

交流电路
在交流电路中，电能和磁能周期性地相互转化，形成电磁波传播。这个过程中，总机械能保持不变。
粒子加速器
粒子加速器利用电磁场将带电粒子加速到高能状态。在这个过程中，电磁能转化为粒子的动能，但总机械能保持不变。
05 机械能守恒定律与能量守恒定律的关系
能量守恒定律的表述
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。
自由落体运动验证
实验原理
在自由落体运动中，物体仅受重力作用，重力物体，测量其质量、初始高度和落地时间，计算初始重力势能、末动能和机械能变化量。
数据分析
比较初始重力势能与末动能之和是否等于机械能变化量，验证机械能是否守恒。
抛体运动验证
在弹性碰撞中，两个物体之间的动能和势能也可以相互转化，但总的机械能仍然保持不变。
定律的数学表达式
要点一
对于一个物体系统，机械能守恒定律可以表示为
E1 = E2，其中E1和E2分别表示系统在不同时刻的机械能。
要点二
机械能是动能和势能的总和，因此机械能守恒定律也可以表示为
1/2mv1^2 + mgh1 = 1/2mv2^2 + mgh2，其中m表示物体的质量，v1和v2分别表示物体在初始时刻和最终时刻的速度，h1和h2分别表示物体在初始时刻和最终时刻的高度，g表示重力加速度。
研究方法
采用理论推导、数值模拟和实验验证相结合的方法，对机械能守恒定律进行系统深入的研究。具体包括建立数学模型、设计实验方案、采集实验数据、分析处理数据等步骤。
02 机械能守恒定律的表述
定律的文字表述
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。