高一物理必修二7.9实验：验证机械能守恒定律
高中物理人教版必修二《7.9实验：验证机械能守恒定律》课件
是否守恒，实验装置如图所
示．
方法 2： ①任意找两点 A、B，分别测出两 点的速度大小 vA、vB 以及两点之 间的距离 Δh.若物体的机械能 守恒，应有 ΔEp＝ΔEk.
②计算打第 n 个点速度的方法： 测出第 n 个点与相邻前后点间的距离 xn 和 xn＋1，由公式 vn＝xn＋2Txn＋1或 vn＝ hn＋12－Thn－1算出，如图所示．
6．应用公式 v0＝hn＋12－Thn－1计算各点对应的即时速度 v1、v2。
7．计算各点对应的重力势能减少量 mgh 和动能的增加量 12mv2，进行比较．
• 五、注意事项：
• 1．打点计时器安装时，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，需保持提纸带的手不动，先接通电源、让打点计时 器工作正常后才松开纸带让重锤着落，以保证第一个点是一个清 楚的小点．
七、巩固训练：
完成导学案例1、例2、例3
谢谢观看
• 3．选用纸带时应尽量挑第一、二点间接近2mm的纸带．
• 4．测量着落高度时，应从起点算起，为了减小h的相对误差，选 取的各个计数点要离起点远一些，但纸带也不宜太长，有效长度 可在60cm～80cm之内．
• 5、因不需要知道动能和重力势能的具体数值，所以不需要测量 重物的质量．
六、实验结论：
只在重力作用下，物体的重力势能和动能可 以相互转化，但总的机械能守恒.
起纸带使重锤停靠在打点计时器邻近． • 3．接通电源，松开纸带，让重锤自由着落 • 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第一、二两点间的距离接近2 mm，且点迹清楚的一
条纸带，在起始点标上0，以后各点顺次标1、2、3……用刻度尺测出对应着落
物理必修二实验：验证机械能守恒定律
mgh＝
1 2
mv2
【实验原理】
利用打点计时器打出的纸带，测
出重物下落的高度h，利用时间t内的 平均速度等于该段时间中点时刻的瞬 时速度，算出对应时刻的瞬时速度v ，即可验证机械能是否守恒。
h
只要绘出v2与h的关系图像，当斜率等
于两倍当地重力加速度时，则可验证机械能
V
守恒，不需要测量重锤的质量m
本实验的目标是验 证机械能守恒，即：
v=gt成立的前提条 件是自由落体
自由落体有： v2 2gh
正确方法是通过纸带中平均速度等于中间时刻的瞬时速度计 算各点的瞬时速度，从而计算动能
验证机械能 守恒定律
高中物理必修二
验证机械能守恒定律实验目来自 实验原理 实验器材 实验过程 实验反思
【实验目的】 验证机械能守恒定律。
【实验原理】
如果忽略空气的阻力，这时物体的机械能
守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。设 物体的质量为m，下落距离为h时物体的瞬时速 度为v，则势能减少mgh，动能增加，1mv2 故有
【实验反思】
2. 实验中为什么重力势能的减少总是略大于重锤动能的增加？
答：由于纸带与打点计时器县限位孔间存在摩擦，所以重 锤重力势能的损耗除了转化为动能以外，还由部分因为发 热损耗了，所以重力势能损耗总是大于动能的获得。
【实验反思】
3. 计算纸带上点的速度时，有同学认为“直接利用v=gt计算各点的瞬 时速度，同样能够验证机械能守恒。”该同学的做法是否正确？如 果不正确，请说出正确的处理方法。
【实验器材】
铁架台（带铁夹）、电火花计时器或打点 计时器、直尺、重锤、纸带、复写纸片、导线、 电源。
【实验内容】
【实验反思】
高中物理必修二7.9实验：验证机械能守恒定律--课件(人教版必修2)
例1 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.天平 D.直流电源 E.交流电源 (2)实验中误差产生的原因有________．(写出两个 原因)
第九节 实验：验证机械能守恒定律
一、实验目的：Leabharlann 验证机械能守恒定律二、实验原理： 做自由落体运动的物体，只受重力作用，
其机械能守恒。 (1)物体下落的高度为h时速度为v，则物体的重力势 能减小量为mgh，动能增加量为1/2mv2。
如果在误差范围内 mgh＝1/2mv2 ，即gh＝1/2v2， 就验证了机械能守恒定律．
(2)如图所示，借助打点计时器打出的纸带，测出物体 自由下落的高度h和该时刻的速度v，以纸带上的第n 个点为例：
vn＝xn＋2Txn＋1＝hn＋12－Thn－1
三、实验器材：
铁架台(带铁夹)，打点计时器，重物(带纸带夹子)，纸带， 复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源．
四、实验步骤：
1．安装装置： 将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压交流电源相连
。 2．接电源，打纸带：
把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，
用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开
纸带，让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带． 3．选纸带：
选取点迹较为清晰的，挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并
依次标上0,1,2,3….
2．系统误差：
（1）实验过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk必定稍 小于势能的减少量ΔEp. （2）交流电的频率f不是50 Hz也会带来系统误差．若f＞50 Hz， 由于速度值仍按频率为50 Hz计算，频率的计算值比实际值偏小 ，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使Ek＜Ep 的误差进一步加大；根据同样的道理，若f＜50 Hz，则可能出现 Ek＞Ep的结果．
新课标人教版高一物理必修二 第七章 第9节 实验：验证机械能守恒定律
1 2 (3)验证：通过计算，在误差允许的范围之内 vn 与 ghn 是否相等 2 1 2 1 2 或 vm － vn 与 ghmn 是否相等。 2 2
六、注意事项 (1)尽可能地控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件， 这就要求尽量减小各种阻力，采取的措施有： ①安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线竖直，以减
力势能的减少量ΔEp。这是实验设计上带来的系统误差。 (3)打点计时器周期变化带来误差。
例1：
在验证机械能守恒定律的实验中。
(1)从下列器材中选出实验所必须的，其编号为________。 A．打点计时器(包括纸带)； C．天平； E．秒表； B．重物； D．毫米刻度尺； F．小车。
(2)打点计时器的安装放置要求为________________；开始
新课标人教版 高一物理 必修二
实验理论指导
题型一
第 七 章 第 9 节
典题案例 导析
题型二 题型三
知能演练提升
一律。
二、实验原理 在自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转 化，但总机械能守恒。 方法1：若以重物下落的起始点O为基准，设重物的质量
3．纸带处理 在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3、…用刻 度尺测出对应的下落高度h1、h2、h3、… 五、数据处理 hn＋1－hn－1 (1)利用公式vn＝ ，计算出点1、点2、点3…的 2T 瞬时速度v1、v2、v3…。
1 2 1 1 1 2 2 (2)要验证的是 mv ＝mgh 或 mv2 － mv1 ＝mgΔh， 只需验证 2 2 2 2 1 2 1 2 v ＝gh 或 v2 － v1 ＝gΔh，因此不需要测量重物的质量 m。 2 2
三、实验器材 铁架台(带铁夹)，打点计时器，重物(带纸带夹子)， 纸带数条，复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源(交
2021-2022学年高一物理人教版必修2导学案：第七章 9 实验：验证机械能守恒定律
9 试验：验证机械能守恒定律[目标定位] 1.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的瞬时速度． 2．把握利用落体法验证机械能守恒定律的原理和方法．一、试验原理1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能转化为动能，总的机械能守恒，即mgh ＝12m v 2.2．物体下落高度的测量：通过纸带用刻度尺测出．3．物体瞬时速度的测量、计算：纸带上第n 个点的瞬时速度等于这个点前后相邻两点间的平均速度v n ＝h n ＋1－h n －12T (h n ＋1、h n －1分别为第n ＋1个点、第n －1个点到第一个点的距离)．想一想 要确定物体的动能，需测出物体下落确定高度时的速度．依据已学过学问，可有三种方法：(1)v n ＝2gh n ；(2)v n ＝gt n ；(3)v n ＝h n ＋1－h n －12T，本试验应实行哪种方法？答案 第(3)种方法．其中，第(1)种方法是依据机械能守恒定律mgh ＝12m v 2得到的，而我们的目的是验证机械能守恒定律，明显不能用，依据这确定律得到的结论再去验证之，因而不行取．第(2)种方法认为加速度为g ，由于各种摩擦阻力不行避开，所以实际下落加速度必将小于g ，而下落高度h 是直接测量的，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应是削减的，故这种方法也不能用．总之，本试验中速度看似有很多方法求得，但正确的只有一种，即从纸带上直接求出物体实际下落的速度，而不能用理论值计算，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h ＝12gt 2或h ＝v 22g 计算得到． 二、试验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压沟通电源(4 V ～6 V)．想一想 验证机械能守恒定律试验中是否需要用到天平？答案 不需要天平．要验证的是12m v 2＝mgh 或12m v 22－12m v 21＝mg Δh ，只需验证12v 2＝gh 或12v 22－12v 21＝g Δh ，因此不需要测量重物的质量m .一、试验步骤1．安装置：按图7－9－1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．图7－9－12．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次试验．3．选纸带：选取点迹较为清楚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… 二、数据处理1．方法一：利用起始点和第n 点从起始点到第n 个计数点，重力势能削减量为mgh n ，动能增加量为12m v 2n ，计算gh n 和12v 2n ，假如在试验误差允许的范围内gh n ＝12v 2n ，则机械能守恒定律得到验证． 2．方法二：任取两点A 、B从A 点到B 点，重力势能削减量为mgh A －mgh B ，动能增加量为12m v 2B －12m v 2A ，计算gh AB 和12v 2B－12v 2A ，假如在试验误差允许的范围内gh AB ＝12v 2B －12v 2A ，则机械能守恒定律得到验证． 3．方法三：图象法图7－9－2计算各计数点12v2，以12v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，依据试验数据绘出12v2－h图线．若在误差许可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．三、误差分析重物下落要克服阻力做功，因此减小的重力势能略大于增加的动能．四、留意事项1．尽量减小各种阻力的影响，实行的措施有：(1)安装打点计时器时，必需使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力．(2)应选用质量和密度较大的重物，以减小阻力的影响．2．试验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直．接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带．3．纸带选取时以第一个点为起点时，要验证的是12m v2n＝mgh n，必需保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距约为h＝12gt2＝12×10×(0.02)2 m＝2 mm.4．计算速度时不能用v＝gt或v＝2gh，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．【例1】在“验证机械能守恒定律”的试验中：(1)从下列器材中选出试验所必需的，其编号为________．A．打点计时器(包括纸带)B．重物C．天平D．毫米刻度尺E．秒表(2)打点计时器的安装放置要求为________；开头打点计时的时候，应先________，然后________．(3)试验中产生系统误差的缘由主要是________________，使重物获得的动能往往________．为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择________________ ________．(4)假如以v22为纵轴，以h为横轴，依据试验数据绘出的v22－h图线是________，该线的斜率等于________________．答案(1)ABD(2)底板要竖直，两限位孔在一条竖直线上给打点计时器通电释放重物(3)纸带通过打点计时器时有摩擦阻力和重物下落时所受空气阻力小于所减小的重力势能质量和密度大一些的(4)一条通过坐标原点的倾斜直线重力加速度g解析(1)选出的器材有：打点计时器(包括纸带)，重物，毫米刻度尺，编号分别为：A、B、D.留意因mgh＝12m v2，故m可约去，不需要用天平．(2)打点计时器安装时，底板要竖直，两限位孔在一条竖直线上．这样才能使重物在自由落下时，受到的阻力较小．开头记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再放下重物，让它带着纸带一同落下．(3)产生系统误差的主要缘由是纸带通过打点计时器时的摩擦阻力和重物下落时所受空气阻力，使得重物获得的动能小于它所削减的重力势能．为减小误差，重物的质量和密度应选大一些的．(4)描绘出来的v22－h图线是一条通过坐标原点的倾斜直线，它的斜率即为重力加速度g.【例2】在“验证机械能守恒定律”的试验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.8 m/s2，某同学选择了一条抱负的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图7－9－3所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取的计数点．则重物由O点运动到B点时(重物质量为m kg)图7－9－3(1)重力势能的削减量是________J．动能的增加量是________J.(2)重力势能的削减量________(“略大于”或“略小于”)动能的增加量，缘由是________________________．(3)依据计算的数据得出的结论：________________________．答案(1)1.911m 1.89m(2)略大于见解析(3)在试验误差允许的范围内重物削减的重力势能等于其增加的动能，即机械能守恒解析(1)重力势能的削减量为ΔE p＝mgh OB＝m×9.8×0.195 J＝1.911m J.重物下落到B点时的速度为v B＝h AC4T≈1.944 m/s所以重物从开头下落到B点增加的动能为ΔE k＝12m v 2B≈1.89m J.(2)略大于；由于空气阻力和限位孔的摩擦阻力做功，将部分机械能转化为了内能．(3)从以上计算的数据得出：在试验误差允许的范围内重物削减的重力势能等于其增加的动能，即机械能守恒．【例3】利用气垫导轨验证机械能守恒定律，试验装置示意图如图7－9－4所示．图7－9－4①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平．②用游标卡尺测出挡光条的宽度l＝9.30 mm.③由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s＝________cm.④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2.⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式．①滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________．②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1＝________和E k2＝________．③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的削减量ΔE p＝________(重力加速度为g)．(3)假如ΔE p＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．答案(1)60.00(答案在59.96～60.04之间的，也正确)(2)①lΔt1lΔt2②12(M＋m)⎝⎛⎭⎪⎫lΔt1212(M＋m)⎝⎛⎭⎪⎫lΔt22③mgs(3)E k2－E k1解析(1)距离s＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm.(2)①由于挡光条宽度很小，因此可以将挡光条通过光电门时的平均速度当成瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间Δt可从数字计时器读出．因此，滑块通过光电门1和光电门2的瞬时速度分别为v1＝lΔt1，v2＝lΔt2.②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统的总动能分别为E k1＝12(M ＋m )v 21＝12(M ＋m )⎝ ⎛⎭⎪⎫l Δt 12； E k2＝12(M ＋m )v 22＝12(M ＋m )⎝ ⎛⎭⎪⎫l Δt 22.③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的削减量ΔE p ＝mgs . (3)假如在误差允许的范围内ΔE p ＝E k2－E k1，则可认为验证了机械能守恒定律．1．在做“验证机械能守恒定律”的试验时，以下说法中正确的是( )A ．选用重锤时，密度大体积小的比密度小体积大的好B ．选用重锤时，密度小体积大的比密度大体积小的好C ．选用的重锤确定要测其质量D ．重锤的质量大小与试验精确 性无关 答案 A解析 验证机械能守恒定律试验中，由于重物要克服空气阻力做功，从而产生系统误差，选用密度大体积小的重锤能减小空气阻力的影响，从而减小误差，A 正确，B 、D 错误；因验证量中都含有质量，故不用测重锤的质量，C 错误．2．某同学利用如图7－9－5甲所示的试验装置来验证机械能守恒定律．图7－9－5(1)该同学开头试验时情形如图甲所示，接通电源释放纸带．请指出该同学在试验操作中存在的两处明显错误或不当的地方：①____________________；②___________________________________.(2)该同学经修改错误并正确操作，让质量为1 kg 的重锤下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源为频率是50 Hz 的交变电源，纸带打点如图乙所示． 纸带上O 点为重锤自由下落时的打点起点(O 、A 间有点未画出)，选取的计数点A 、B 、C 、D 依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与O 点距离如图乙所示，单位为mm ，重力加速度为9.8 m/s 2，则：(结果保留三位有效数字)依据纸带，打点计时器打下B 点时，重锤速度v B ＝________，重锤动能E k B ＝________，从开头下落算起，打点计时器记录B 点时，重锤势能削减量为________．由此可以得到的试验结论是：_______________________________ _________________________________________. 答案 (1)①打点计时器接了直流电 ②重锤离打点计时器太远 (2)1.18 m/s 0.690 J 0.692 J在试验误差允许的范围内重锤下落过程机械能守恒解析 (1)本试验使用的是打点计时器，依据打点计时器的工作原理，必需使用沟通电源，而该同学接受的是直流电源；纸带总长约1米左右，且尽可能在纸带上多打一些点，所以应让重物紧靠打点计时器，而该同学将重物放的位置离打点计时器太远，故该同学在试验操作中存在的两处明显错误或不当的地方是：①打点计时器接了直流电； ②重物离打点计时器太远．(2)打点计时器所接电源为频率是50 Hz 的交变电源，选取的计数点A 、B 、C 、D 依次间隔一个点，所以相邻的计数点的时间间隔是T ＝0.04 s ．依据匀变速直线运动的规律：某段时间内的平均速度大小等于这段时间中间时刻的瞬时速度大小，则有：v B ＝x AC 2T ＝（125.4－31.4）×10－32×0.04m/s ＝1.175 m/s ≈1.18 m/s依据动能的定义得：E k ＝12m v 2B ＝12×1×(1.175)2J ＝0.690 J，从开头下落算起，打点计时器记录B点时，重锤势能削减量为ΔE p＝mgx OB＝1×9.8×70.6×10－3 J＝0.692 J从前面的计算可以看出重锤动能增加量近似等于重锤势能削减量，即在误差允许的范围内重锤下落过程机械能守恒．(时间：60分钟)1．关于“验证机械能守恒定律”的试验中，以下说法正确的是()A．试验中摩擦是不行避开的，因此纸带越短越好，由于纸带越短，克服摩擦力做的功就越小，误差就越小B．称出重锤的质量C．纸带上第1、2两点间距若不接近2 mm，则无论怎样处理试验数据，试验误差确定较大D．处理打完点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必接受“计数点”的方法答案D解析在打纸带时，纸带太短了，不易打出符合试验要求的纸带，选项A错误；由于mgh＝12m v2，故称出重锤的质量是多余的，选项B错误；纸带上第1、2两点的间距不接近2 mm，是由于通电后释放重锤时操作不同步造成的，不会影响验证结果，选项C错误；处理纸带时，由于自由落体加速度较大，纸带上点迹距离较大，故可直接用实际点迹测量争辩．2.图7－9－6用图7－9－6所示装置验证机械能守恒定律，由于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，这样试验造成的结果是()A．重力势能的削减量明显大于动能的增加量B．重力势能的削减量明显小于动能的增加量C．重力势能的削减量等于动能的增加量D．以上几种状况都有可能答案A解析由于重物下落时要克服阻力做功，重物削减的重力势能转化为重物的动能和系统的内能，故重力势能的减小量大于动能的增加量，A正确．3．如图7－9－7是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带．有关尺寸在图中已注明．我们选中n点来验证机械能守恒定律．下面举一些计算n点速度的方法，其中正确的是()图7－9－7A．n点是第n个点，则v n＝gnTB．n点是第n个点，则v n＝g(n－1)TC．v n＝x n＋x n＋12TD．v n＝h n＋1－h n－12T答案CD解析v n应表示从(n－1)到(n＋1)间的平均速度．C、D对，A、B错．4.图7－9－8用如图7－9－8所示的试验装置验证机械能守恒定律，试验所用的电源为同学电源，输出电压为6 V的沟通电和直流电两种．重物从高处由静止开头下落，重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即能验证机械能守恒定律．下面列举了该试验的几个操作步骤：A．依据图示的装置安装器材；B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；C．用天平测量出重物的质量；D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；F．依据测量的结果计算分析重物下落过程中削减的重力势能是否等于增加的动能．指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上，并说明其缘由：_____________________________________________________________________________________________________________________________________.答案BCD，缘由见解析解析步骤B是错误的，应当接到电源的沟通输出端；步骤D是错误的，应当先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；步骤C不必要，由于依据测量原理，重物的动能和势能中都包含了质量m，可以约去．5．在用落体法验证机械能守恒定律时，某小组依据正确的操作选得纸带如图7－9－9.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7－9－9①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v B，则求得该过程中重锤的动能增加量ΔE k＝________J，重力势能的削减量ΔE p ＝________J．这样验证的系统误差总是使ΔE k________ΔE p(选填“>”、“<”或“＝”)；③乙同学依据同一条纸带，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v B，求得动能的增加量ΔE k＝________J．这样验证的系统误差总是使ΔE k________ΔE p(选填“>”、“<”或“＝”)．④上述两种处理方法中，你认为合理的是________同学所接受的方法．(选填“甲”或“乙”)答案①OC15.70②1.20 1.22<③1.23>④甲解析①毫米刻度尺读数要估读到毫米下一位，OC长度读数到1毫米，不符合读数要求．应记作15.70 cm.②AC段的平均速度即B点瞬时速度v B＝AC2T＝（15.70－9.51）×10－2m2×0.02 s＝1.55 m/s，则系统增加的动能ΔE k＝12m v2B≈1.20 J，重力势能削减了ΔE p＝mgOB－≈1.22 J，由于摩擦力的作用，部分重力势能转化为内能，所以ΔE k<ΔE p.③B是打点计时器打下的第9个点，所以B点的速度v B＝gt＝g×8×0.02 s＝1.57 m/s，动能的增加量ΔE k＝12m v2B≈1.23 J，这样做把加速度依据自由落体计算，没有考虑摩擦力的作用，而实际上，由于摩擦力的作用，加速度a<g，所以v B＝gt应大于实际对应h的速度大小，所以会使得ΔE k>ΔE p.④乙方案中直接把加速度依据重力加速度计算，不符合事实，而且误差大，所以合理的是甲方案．6．“验证机械能守恒定律”的试验中．图7－9－10(甲)是打点计时器打出的一条纸带，选取其中连续的计时点标为A、B、C……G、H、I，对BH段进行争辩．①已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________．②用刻度尺测量距离时如图(乙)，读出A、C两点间距为________cm，B点对应的速度v B＝________m/s(保留三位有效数字)．③若H点对应的速度为v H，重物下落的高度为h BH，当地重力加速度为g，为完成试验，要比较12v2B与________的大小(用字母表示)．图7－9－10答案①0.02 s②5.40 1.35③12v2H－gh BH解析①打点计时器电源频率为50 Hz，则每隔0.02 s打一点．②s AC＝(5.90－0.50)cm＝5.40 cm，v B＝s AC2T＝5.40×10－22×0.02m/s＝1.35 m/s.③由动能定理有mgh BH＝12m v2H－12m v2B，得v2B2＝v2H2－gh BH.7．利用图7－9－11装置做“验证机械能守恒定律”的试验．图7－9－11①除打点计时器(含纸带、复写纸)、沟通电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必需使用的还有________．(选填器材前的字母)A．大小合适的铁质重锤B．体积较大的木质重锤C．刻度尺D．游标卡尺E．秒表②图7－9－12是试验中得到的一条纸带．在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h A、h B、h C.重锤质量用m表示，已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.从打下O点到打下B点的过程中，重锤重力势能的削减量|ΔE p|＝________，动能的增加量ΔE k＝________．图7－9－12③在试验过程中，下列试验操作和数据处理正确的是________．A．释放重锤前，使纸带保持竖直B．做试验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤C．为测量打点计时器打下某点时重锤的速度v，可测量该点到O点的距离h，再依据公式v ＝2gh计算，其中g应取当地的重力加速度D．用刻度尺测量某点到O点的距离h，利用公式mgh计算重力势能的削减量，其中g应取当地的重力加速度④某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点O的距离h，并计算出打相应计数点时重锤的速度v，通过描绘v2－h图象去争辩机械能是否守恒．若试验中重锤所受阻力不行忽视，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的v2－h图象是图7－9－13中的________．图7－9－13答案①AC②mgh Bm（h C－h A）28T2③ABD④A解析①验证机械能守恒定律试验，需要尽量减小阻力，以使得削减的重力势能接近增加的动能，所以选择铁质重锤而不是木质，这样可以尽量削减阻力影响，即选项A对B错；在计算速度时需要刻度尺测量点迹之间的距离以及下落的高度，所以选项C是必需的；而秒表不需要，只要查相邻点的间隔即可得时间间隔，由于打点计时器每隔0.02秒打一个点，所以E 错误；有刻度尺测量点间距，而不需要游标卡尺，选项D错．②O点到B点下落的高度为h B，所以削减的重力势能为mgh B，增加的动能要计算B点的瞬时速度，B为AC的中间时刻即等于AC的平均速度，所以v B＝h C－h A2T，增加的动能ΔE k＝12m v2B＝m（h C－h A）28T2.③为保证只有重力做功，释放前纸带竖直可削减纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦，选项A对；试验过程先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，选项B对；速度的计算必需从纸带数据来求，而不能依据自由落体运动求速度，假如依据自由落体运动的速度来求解则削减的重力势能确定等于增加的动能，验证就没有意义了，选项C错；计算削减的重力势能mgh确定要依据当地的重力加速度来计算，选项D对．④若有恒定的阻力存在，则依据动能定理可得(mg－f)h＝1 2m v 2，即v2h＝2⎝⎛⎭⎪⎫g－fm，所以图象斜率为定值，而且过原点，对比选项A对．8．为了探究机械能守恒定律，岳口高中的金金设计了如图7－9－14甲所示的试验装置，并供应了如下的试验器材：A．小车B．钩码C．一端带滑轮的木板D．细线E．电火花计时器F．纸带G．毫米刻度尺H．低压沟通电源I．220 V的沟通电源图7－9－14(1)依据上述试验装置和供应的试验器材，你认为试验中不需要的器材是________(填写器材序号)，还应补充的器材是________．(2)试验中得到了一条纸带如图乙所示，选择点迹清楚且便于测量的连续7个点(标号0～6)，测出0到1、2、3、4、5、6点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6，打点周期为T.则打点2时小车的速度v2＝________；若测得小车质量为M、钩码质量为m，打点1和点5时小车的速度分别用v1、v5表示，已知重力加速度为g，则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为________．(3)在试验数据处理时，假如以v22为纵轴，以d为横轴，依据试验数据绘出v22－d图象，其图线的斜率表示的物理量的表达式为________________．答案(1)H天平(2)d3－d12T或d44T mg(d5－d1)＝12(M＋m)(v25－v21)(3)mM＋mg解析(1)电火花计时器使用的是220 V沟通电源，因此低压沟通电源用不着；另外还需要用到天平测出小车的质量M；(2)打点2时的速度等于1～3间的平均速度，即v2＝d3－d12T；依据机械能守恒，整个系统减小的重力势能等于整个系统增加的动能，即mg(d5－d1)＝12(M＋m)·(v25－v21)；(3)依据mgd＝12(M＋m)v2得：v22＝mgM＋md，所以v22－d图象的斜率，表示的物理量的表达式为mgM＋m(加速度)．。
人教版高中物理必修二：7.9 实验：验证机械能守恒定律 课件
1 2
m v n 2，
进行比较。
四、注意事项:
1．打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一 竖直线上，以减小摩擦阻力。
2．选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2mm的纸 带。 3. 实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常 后再松开纸带让重锤下落． 4．因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要 测量重锤的质量。
5.某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz 的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O点 为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计 数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速 度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。
①打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB=_1__.1_7__5_m/s， 重锤的动能EkB= 0.69 J。
5.在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近
2mm，且点迹清晰的一条纸带，在起始点标上0，以后
各依次标上1，2，3……，用刻度尺测出对应下落高度
h1、h2、h3……
6．应用公式
vn
hn1 hn1 2T
计算各点对应的瞬时速度v1、v2、v3……
7．计算各点对应的势能减少量mghn和动能的增加量
m
v
2 2
h1
h2
EP2 mgh2
其他验证方法二：利用频闪照片验证机械能守恒
EP1 mgh1
A
s1
v1
s1 2T
EK1
1 2
mv12
h1
EP2 mgh2 B
h2
比例1:1 频闪时间间隔T
s2
v2
s2 2T
EK2
1 2
m
v
2 2
人教版高一物理必修二7.9实验：验证机械能守恒定律1
问题4：自由落体运动的能量是怎么转化的？你想 通过比较哪些量来说明在该运动过程中机械能守 恒。
重力势能转动能，我们想通过比较势能的减 小量和动能的增大量间的关系来验证机械能 是否守恒。
问题5：为了测量势能的减小量和动能的增大量需 要用到哪些实验器材测量哪些物理量？
新课导学
问题1：机械能守恒定律的内容是什么？
在只有重力或弹力做功的物体系统内，动、势 能相互转化，而总的机械能保持不变。
问题2：举几个机械能守恒的例子
抛体运动、自由落体运动、单摆摆动、光滑斜面 上下滑的物体、等等。
问题3 ：如果让你选择一种运动形式来验证机械 守恒定律，你会选择哪一种？为什么？
问题13：在这种实验方案中，引起实验误差的原 因有哪些？为了尽可能地减小实验误差，应该在 哪些方面动脑筋呢？
空气阻力、摩擦阻力，我们可用密度 大的重物体做实验，最好用电磁打点 计时器等等。
问题14：不测物体的质量能比较重力势能的减小 量和动能的增大量的大小吗？
能，因为是同一物体的质量。
课堂小结
你想通过比较哪些量来说明在该运动过程中机械能守重力势能转动能我们想通过比较势能的减小量和动能的增大量间的关系来验证机械能是否守恒
9.实验：验证机械能守恒定律
学习目标：
1.理解实验的思路，明确测量的物 理量. 2.能正确地进行实验操作. 3.会根据纸带测定下落的距离，掌 握瞬时速度测量的方法. 4.能根据实验数据得出实验结论.
重物要靠近打点计时器的位置，这样会减少 纸带与限位孔之间的摩擦。
问题10：你是选择哪两个位置作为过程的开始和
终结的？并测出对应位置的瞬时速度和下落的高 度。
问题11：请同学们通过计算重力势能的减小量和
高中物理必修二7 9 实验验证机械能守恒定律 教案
第七章机械能守恒定律9实验:验证机械能守恒定律学习目标1.理解实验的思路,明确测量的物理量.2.能正确地进行实验操作.3.会根据纸带测定下落的距离,掌握瞬时速度测量的方法.4.能根据实验数据得出实验结论.自主探究1.本实验的实验目的是通过研究物体下落过程中,能和能的变化来验证.2.实验原理:做自由落体运动的物体,设质量为m,下落高度为h时的速度为v,则减少的重力势能为,增加的动能为.若两个量在误差允许的范围内相等,就验证了机械能守恒定律.3.速度的测量:做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于.4.本实验中,用到的实验器材主要有打点计时器及学生电源、、、重物、、带铁夹的铁架台、导线.合作探究一、实验介绍1.实验目的:验证机械能守恒定律.2.实验原理:本实验验证自由落体运动情形下的机械能守恒.思考1:选择重物时,选轻一点的好还是重一点的好?为什么?思考2:本实验要不要测量垂物的质量?3.实验器材:铁架台、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、重物(带铁夹)、毫米刻度尺等.二、实验步骤1.按图安装实验器材,电源接4~6V学生电源.接通电源前,用手提升纸带至重物靠近打点计时器处.2.先接通电源,再松开纸带,让重物自由下落.关闭电源,取下纸带备用.3.重复步骤2两次,打出3条纸带.4.取点迹清晰,且第一、二点间距离接近2mm的纸带进行测量.先将第一点记为0点,然后在纸带上任取5个连续的点(或间隔点数相同的点),如下图所示.5.验证0点到2点过程机械能守恒的方程为mgh2=m ()2,其中t为1点到2点(或2点到3点)之间的时间间隔,如果在误差允许的范围内等式成立,实验就是成功的.同理,可以验证0点到3点过程、0点到4点过程的机械能是否守恒.6.拆下器材,放回原处.思考3:对于实际获得的纸带,如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢?三、数据处理与分析依据实验,采集整理以下信息:数据序号下落高度h n/m瞬时速度v n/(m·s-1)减少的重力势能mgh n/J增加的动能/J234思考4:验证机械能守恒时可以回避起始点吗(即处理纸带时可以不用到起始点吗)?我们可以选取A、B两点,比较它们的机械能E A和E B.若以点B为0势能点,则有:. 数据处理:Δh/m v A/(m·s-1)v B/(m·s-1)势能减少量E p/J动能增加量ΔE k/J1234通过本实验,我们可以得到的结论:.思考5:如何测量物体的瞬时速度?探究讨论:速度能不能用v=或v=gt计算?图象法处理数据:误差分析1.偶然误差:测量长度时会带来误差.2.系统误差:实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功,故动能的增加量ΔE k必定稍小于势能的减少量ΔE p.四、例题分析[例1]在“验证机械能守恒定律”的一次实验中,质量m=1kg的重物自由下落,在纸带上打出一系列的点,如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02s),那么:(1)纸带的(用字母表示)端与重物相连;(2)打点计时器打下计数点B时,物体的速度v B=;(3)从起点P到打下计数点B的过程中物体的重力势能减少量ΔE p=,此过程中物体动能的增加量ΔE k=;(g取9. 8m/s2)(4)通过计算,数值上ΔE pΔE k(选填“<”“>”或“=”),这是因为;(5)实验的结论是.[例2]在用打点计时器验证物体自由下落过程中机械能守恒的实验里,以下哪些步骤是必要的?请把它们选出,并将它们的字母代号按操作顺序填在后面横线上:.A.断开电源,取下纸带进行测量、记录B.将纸带固定在重物上,并把它穿过打点计时器,提升到一定高度C.接通电源,释放纸带D.用天平测出重物的质量E.把打点计时器固定在支架上,并接在交流低压电源两端F.用停表测出重物下落的时间[例3]在用自由落体运动做“验证机械能守恒定律”实验中,用天平称得重物的质量为0.5kg,所用电源的频率为50Hz,某同学通过正确的实验操作得到了一条理想的纸带.纸带上打出的点如图所示(纸带上的O点是第一个打印点,A、B、C、D、E分别是每打两个点的时间作为计时单位取的计数点,图中数据单位为毫米),已知当地的重力加速度为9.8m/s2.选择B点为初始点,D点为终点,则从打下B点到打下D点的过程中,重物的重力势能的减少量为J,重物动能的增加量为J.课堂检测1.本实验中,除铁架台、夹子、低压交流电源、纸带和重物外,还需选用的仪器是()A.停表B.刻度尺C.天平D.打点计时器2.在验证机械能守恒定律的实验中,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,这样的结果会有()A.mgh>mv2B.mgh<mv2C.mgh=mv2D.以上都有可能3.在验证机械能守恒定律的实验中,下列物理量中需要直接测量的有()A.重物的质量B.重力加速度C.重物下落的高度D.与重物下落高度对应的重物的瞬时速度4.“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法.(1)若实验中所用的重物质量m=1kg,打点纸带如图所示,打点时间间隔为0.02s,则记录B 点时,重物的速度v B=,重物动能E k B=.从开始下落起至B点,重物的重力势能减少量是,因此可得出的结论是.(g取9.8m/s2)(2)根据纸带算出相关各点速度v,量出下落距离h,则以为纵轴,以h为横轴画出的图线应是下图中的()5.某同学做“验证机械能守恒定律”实验,不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了,剩下的一段纸带上的各个点间的距离如图所示(单位:cm),已知打点计时器工作频率为50 Hz,重力加速度g取9.8m/s2.(1)利用这段纸带说明重物机械能守恒;(2)试说明重力势能的减少量ΔE p稍大于动能的增加量ΔE k的原因,并提出改进意见.参考答案自主探究1.自由重力势动机械能守恒定律2.mgh mv23.这个点前后相邻两点间的平均速度4.纸带复写纸刻度尺合作探究一、实验介绍思考1:我们要求重物做自由落体运动,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.思考2:由mgh=mv2可得出gh=v2,所以无须测量重物的质量.如果实验要求计算势能和动能的具体数据,那就必须要知道重物的质量.二、实验步骤思考3:若第一个点为纸带刚开始下落时打下的,则该点与相邻点间距离满足h=gt2=×9.8×0.022m≈2×10-3 m=2 mm,因此纸带上的开始两个点间的距离接近2 mm时,则可判定第一个点即为纸带刚开始下落时打下的.三、数据处理与分析思考4:E k A+mgΔh=E k B通过本实验,我们可以得到的结论:E A和E B近似相等,从而验证机械能守恒.思考5:v B=做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度.探究讨论:(1)用v=这种方法是根据机械能守恒定律得到的,而我们的目的就是验证机械能守恒定律,所以不能用.(2)v=gt这种方法认为加速度为g,由于各种摩擦阻力不可避免,所以实际加速度必将小于g,这样将得到机械能增加的结论,有阻力作用机械能应该是减少的,故这种方法也不能用.四、例题分析[例1](1)P解析:与重物相连的纸带一端应该先打出点,先打出点的速度较小,从纸带图上可以看出是P点.(2)0.98m/s(3)0.49J0.48 J(4)>有机械能损失(5)在误差允许范围内,重物下落时机械能守恒[例2]EBCA[例3]0.9140.909课堂检测1.BD2.A3.C4.解析:(1)由v B=,ΔE k B=,ΔE p B=mgh OB得:v B=0.59m/s,ΔE k B≈0.17J,ΔE p B≈0.17J.在实验误差允许的范围内,重物动能的增加等于重物重力势能的减少.(2)由mv2=mgh,得v2=gh,所以h的图象应是一条过原点的倾斜的直线,直线斜率等于g,故C图正确.答案:(1)0.59m/s0.17J0.17J在实验误差允许的范围内,重物动能的增加等于重物重力势能的减少(2)C5.解析:(1)利用平均速度等于这段时间中点时刻的瞬时速度的公式,可求出v2=m/s=1.50m/s,v5=m/s≈2.08m/s.又2、5两点间距Δh=0.108m,所以重力势能的减少量ΔE p=mgΔh≈1.06m J,动能的增加量ΔE k=≈1.04m J,比较两值近似相等,可认为机械能守恒定律成立.(2)因为存在摩擦阻力和空气阻力.改进方法:可使重物质量大些,体积小些,纸带不宜过长.答案:(1)见解析(2)见解析。
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学案 新人教版必修2-新人教版高一
第9节 实验,：验证机械能守恒定律[知识概要]一、实验目的1．会用打点计时器打下的纸带计算物体的运动速度和位移．2．探究自由落体运动物体的机械能守恒．二、实验原理让物体自由下落，在忽略阻力情况下，探究物体的机械能守恒，有两种方案探究物体的机械能守恒：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 21＝mgh 成立，则物体的机械能守恒.一、实验目的验证机械能守恒定律．二、实验原理在自由落体运动中，若物体下落高度h 时的速度为v ，则有mgh ＝12mv 2．故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度h 和该时刻的瞬时速度v ，即可验证机械能守恒定律．三、实验器材铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带纸带夹)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、学生电源．四、实验步骤1．按图所示把打点计时器固定在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好．2．把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，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近．3．先接通电源，后松开手，让重物带着纸带自由下落．4．重复几次，得到3～5条打好点的纸带．5．选取点迹较为清晰，且第1、2两计时点间距接近 2__mm 的一条纸带，纸带上第1个点记为O ，然后在距离点O 较远的地方选取相等时间间隔的点，依次标上1、2、3…用刻度尺测出对应的下落高度h 1、h 2、h 3…6．计算出各点对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3…7．计算出各点对应的势能减少量mgh n ，并和动能增加量12mv 2n 进行比较.要点1|注意事项和误差分析1．注意事项(1)实验中安装打点计时器时，限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力．打点计时器离地面高度约1 m ，实验用的纸带60 cm 左右即可．(2)实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常以后才能松开纸带，让重物下落．(3)纸带上端要用手提着使其静止，这样可保证下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点．(4)测量下落高度时，都必须从起点算起，为了减小测量h值的误差，选取的各个计数点要离起始点远些．(5)实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器限位孔的阻力)做功，所以动能的增加量ΔE k一定小于重力势能的减少量ΔE p.(6)铁架台上固定打点计时器的夹子不可伸出太长，以防铁架台翻倒．2．误差分析(1)偶然误差：测量相关长度时带来的误差，减小的方法是多测几次取平均值．(2)系统误差：实验过程中要克服阻力(包括空气阻力和打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔE k必定稍小于重力势能的减少量ΔE p.(3)电源频率不稳定也会带来误差．(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．关于这一实验，下列说法中正确的是________．A．需使用天平测出重物的质量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．测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度(2)实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上．这样做可以________(选填“消除”“减小”或“增大”)纸带与限位孔之间的摩擦．(3)在实际测量中，重物减少的重力势能通常会________(选填“略大于”“等于”或“略小于”)增加的动能．【思路点拨】 正确解答本题需要掌握：理解该实验的实验原理；实际实验中，重锤要受到空气阻力，纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力，故重物下落时要克服这些阻力做功，重力势能不能全部转化为动能．【解析】 (1)根据mgh ＝12mv 2，可知不需要测量重物的质量m ，故A 错误；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故B 错误；我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故C 错误；测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度，故D 正确．故选D ．(2)打点计时器的两个限位孔如果不在在同一竖直线上．纸带运动中就会与限位孔之间有摩擦，重物下落时要克服这个阻力做功，重力势能不能全部转化为动能，实验存在误差．纸带与限位孔之间的摩擦是无法避免的，这样做只能减小纸带与限位孔之间的摩擦．(3)实际实验中，重锤要受到空气阻力，纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力，故重物下落时要克服这些阻力做功，重力势能不能全部转化为动能，有一小部分转化为内能，故重物减少的重力势能通常会略大于增加的动能．【答案】 (1)D (2)减小 (3)略大于用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V 的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，验证机械能守恒定律.(1)(多选)下面列举了该实验的几个操作步骤：A ．按照图示的装置安装器件；B ．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C ．用天平测出重锤的质量；D ．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关，打出一条纸带；E ．测量纸带上某些点间的距离；F ．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．其中没有必要进行或者操作不当的步骤是________________．(将其选项对应的字母填在横线处)(2)已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz.查得当地的重力加速度g ＝9.80 m/s 2.测得所用重锤的质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O ，每两个计数点之间有四点未画出，另选连续的3个计数点A 、B 、C 作为测量的点，如图2所示．经测量知道A 、B 、C 各点到O 点的距离分别为50.50 cm 、86.00 cm 、130.50 cm.根据以上数据，计算出打B 点时重锤的瞬时速度v B ＝________m/s ；重锤由O 点运动到B 点，重力势能减少了________J ，动能增加了________J(保留3位有效数字)．并可得出的结论是________________________．解析：(1)验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，mgh ＝12mv 2，质量可以约去，不必要用天平测量重锤的质量，C 操作步骤不必要；打点计时器应接在电源的“交流输出”上，B 操作步骤不当；在实验的操作中，应先接通电源再释放纸带，D 操作步骤不当．(2)根据匀变速直线运动规律可知，B 点的瞬时速度v B ＝x AC 2T＝4.00 m/s ，重锤由O 点运动到B 点，重力势能减少了ΔE p ＝mgh ＝8.43 J ，动能的增加量ΔE k ＝12mv 2B ＝8.00 J ．在误差允许的范围内，重锤自由下落机械能守恒．答案：(1)BCD (2)4.00 8.43 8.00 在误差允许的范围内，重锤自由下落机械能守恒名师方法总结实验中，需保持提纸带的手不动，待接通电源，打点计时器工作稳定后再释放纸带让重锤下落；选取纸带时，本着点迹清晰且第1、2两点间距离接近2 mm 的原则；不需要测量重锤的质量，只需证明12v 2n ＝gh n 就可以了．要点2|实验数据的处理方法1．公式法：本实验不需要测出物体的质量m ，只需要验证mgh ＝12mv 2，即gh ＝12v 2即可． 2．图象法：以v 22为纵轴，h 为横轴，画出v 22h 的图象，得到一条过原点的直线，斜率表示加速度g ，这是另一种处理数据的方法． 3．变形公式法：纸带上任取两点A 、B 点，测出h AB ，计算出v 2A 2－v 2B 2的值，在误差允许的范围内，gh AB ＝v 2A 2－v 2B 2，则机械能是守恒的． 4．速度的计算 根据匀变速直线运动的规律，利用纸带上的数据计算瞬时速度v ＝h n ＋1－h n －12T.典例2 用图示装置验证机械能守恒定律．实验前调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．实验中通过断开电磁铁开关使小球从A 点下落，经过光电门B ，记录挡光时间Δt ，测出小球在AB 间下落的距离h .竖直平移光电门B ，重复上述步骤，测得多组h 及相应的Δt ，已知当地重力加速度为g .(1)实验中还需测量的物理量是____________．(2)小球通过光电门速度的表达式为v ＝____________．(3)根据测量数据描绘1Δt 2h 图象，能否仅依据图象是过原点的直线就得出机械能守恒的结论？________，理由是________________________________．【思路点拨】 (1)该题利用自由落体运动来验证机械能守恒，因此需要测量物体自由下落的高度h AB ，以及物体通过B 点的速度大小，在测量速度时我们利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，因此明白了实验原理即可知道需要测量的数据；(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度；(3)根据机械能守恒的表达式可以求出所要求的关系式，然后分析答题．【解析】 (1)实验需要求出小球经过光电门时的速度，需要测出小球的直径d .(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故v ＝d Δt. (3)根据机械能守恒的表达式有mgh ＝12mv 2， 即1Δt 2＝2gd 2h ， 不能依据图象是过原点的直线就得出机械能守恒的结论，当斜率近似等于2g d 2，才能判断小球下落过程中机械能守恒． 【答案】 (1)小球直径d (2)d Δt (3)不能 斜率近似等于2g d 2，才能判断小球下落过程中机械能守恒利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v 和下落高度h .某班同学利用实验得到的纸带，设计了四种测量方案，正确的是 ( )A ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并测出下落时间t ，通过v ＝gt 计算出瞬时速度vB ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并通过v ＝2gh 计算出瞬时速度vC ．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v ，并通过h ＝v 22g计算出高度h D ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v解析：自由落体运动只受重力，机械能守恒．如果把重物的实际运动看成自由落体运动，再运用自由落体的规律求解速度，那么就不需要验证，A 、B 、C 选项错误，D 选项正确．答案：D名师方法总结(1)利用gh ＝v 22来验证机械能守恒定律时，须保证打第一个点时的速度为零． (2)无论是利用gh 与v 22还是gh AB 与v 2B 2－v 2A 2来验证机械能守恒定律，速度v 均应利用该点前后相邻两点间的平均速度来求解，而不能用v ＝2gh 或v ＝gt 来求解．要点3|创新设计性实验验证机械能守恒定律的实验一般是利用自由落体运动来实现的，但可以通过变通实验装置，变通实验操作方法，达到验证实验的目的，解决此类问题的关键是了解实验目的、实验装置以及操作过程，明确实验原理，从而进一步分析需要测量的物理量，找出各量之间的关系，确定验证的表达式．典例3 有一种“傻瓜”照相机，其光圈(进光孔径)随被拍摄物体的亮度自动调节，而快门(曝光时间)是固定不变的．一位同学利用“傻瓜”照相机来做“验证机械能守恒定律”的实验．(1)首先这个同学事先测定了相机的曝光时间为t .(2)这位同学提出了下述实验方案：他从墙面前某点O ，使一个小石子自由落下，对小石子照相得到如图甲的照片，由于小石子的运动，它在照片上留下一条模糊的径迹AB ．通过测量OA 的距离为h ，AB 的距离为x ，当地的重力加速度为g ，由于相机曝光时间很短，可以认为A 点的速度近似等于AB 段的平均速度．则石子划过A 点时的速度大小v ＝__________(用题中给出的物理量字母表示)．(3)多次改变高度h ，重复上述实验，作出x 2随h 变化的图象如图乙所示，当图中已知量X 、H 和重力加速度g 及曝光时间为t 满足表达式______________时，可判断小球下落过程中机械能守恒．【思路点拨】 根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出石子划过A 点时的速度大小．抓住重力势能的减小量与动能的增加量相等，得出X 、H 和重力加速度g 及曝光时间为t 满足的表达式．【解析】 (2)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，石子划过A 点的速度大小v ＝x t .(3)若机械能守恒，有mgH ＝12mv 2＝12m x 2t 2，即gH ＝X 22t 2. 【答案】 (2)x t (3)gH ＝X 22t 2 如图所示装置可用来验证机械能守恒定律．摆锤A 拴在长L的轻绳一端，另一端固定在O 点，在A 上放一个小铁片，现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向成θ角时由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P 阻挡而停止运动，之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动．(1)为了验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤在最低点的速度．为了求出这一速度，实验中还应该测量哪些物理量？________________________________________________________________________.(2)根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v ＝________________.(3)根据已知的和测得的物理量，写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式为________________．解析：(1)本实验利用平抛运动规律求解摆锤在最低点的速度，需要测量遇到挡板后铁片的水平位移x 和竖直下落高度h .(2)根据平抛运动规律，x ＝vt ，h ＝12gt 2，联立解得v ＝x g 2h. (3)重锤下落过程中机械能守恒，mgL (1－cos θ)＝12mv 2，代入(2)中数据得，L (1－cos θ)＝x24h.答案：(1)遇到挡板后铁片的水平位移x和竖直下落高度h(2)xg2h(3)L(1－cosθ)＝x24h名师方法总结无论用什么方法验证机械能守恒定律，都要选取研究对象，找出重力势能的减少量和动能增加量的关系．【强化基础】1．(多选)下面列举的各个实例中，机械能守恒的是( )A．一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落B．水平抛出的物体(不计空气阻力)C．拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升D．物体在光滑斜面上自由下滑解析：一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落，动能不变，势能减小，机械能减小，选项A错误；水平抛出的物体(不计空气阻力)只有重力做功，机械能守恒，选项B正确；拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升，动能不变，势能增加，故机械能变大，选项C错误；物体在光滑斜面上自由下滑，只有重力做功，机械能守恒，选项D正确．故选BD．答案：BD2．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，根据记录处理数据解析：“在验证机械能守恒定律”的实验中，应先接通打点计时器的电源，打点计时器稳定工作后再释放纸带，故选项C 说法是错误的．答案：C3．在验证机械能守恒定律的实验中，需要直接测量的物理量是( )A ．重锤的质量B ．重锤下落的时间C ．重锤下落的高度D ．重锤的瞬时速度解析：在不需要求动能和势能值时，不必测出重物质量，只要12(v 22－v 21)＝g Δh 就能验证机械能守恒；重锤下落时间不需要测；重锤的瞬时速度不是直接测的物理量．答案：C4．“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，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解析：本实验中重物增加的动能略小于减少的重力势能的原因是重物及纸带在下落时受到阻力，D选项正确．答案：D【巩固易错】5．(多选)(2018·嘉兴模拟)如图实验器材中，能用于“探究小车速度随时间变化的规律”“探究加速度与力质量的关系”“探究做功与物体速度变化的关系”“验证机械能守恒定律”四个分组实验的是( )A BC D解析：“探究小车速度随时间的变化规律”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、钩码、刻度尺等；“探究加速度与力、质量的关系”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、天平、砝码、钩码、刻度尺等；“探究做功与物体速度变化的关系”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、橡皮筋、刻度尺等；“验证机械能守恒定律”需要的器材有：重锤、铁架台、打点计时器和纸带、刻度尺等，用于这四个实验都用到的器材是打点计时器和刻度尺，C、D选项正确．答案：CD6．(2018·湖南模拟)某同学用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”，他进行的部分操作步骤如下：(1)将两光电门固定在铁架台上，如图甲；(2)用螺旋测微器测量圆柱形重锤的高度L 如图乙所示，则L ＝________mm ；(3)接通光电门电源；(4)将重锤从光电门正上方由静止释放，让重锤下落并穿过两光电门；(5)若重锤通过光电门1、光电门2时，计时器记录下的时间分别为Δt 1、Δt 2.重锤的高度用L 表示，若已知当地的重力加速度为g ，要验证重锤从光电门1到光电门2的过程中机械能守恒，还需要测量的物理量是________________(写出物理量并用相关字母表示)．(6)需要验证的表达式为__________________(用相关字母表示)．解析：(2)螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，需估读．螺旋测微器的固定刻度读数为11 mm ，可动刻度读数为0.01×20.6 mm ＝0.206 mm ，则最终读数为11.206 mm.(5)(6)根据极限的思想可知，极短时间内的平均速度等于瞬时速度，重锤通过两个光电门的瞬时速度v 1＝L Δt 1，v 2＝L Δt 2，动能的增加量ΔE k ＝12mv 22－12mv 21＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12.重力势能的减少量ΔE p ＝mgh .则需要验证的表达式是：mgh ＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12，即为：2gh ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12，可知还需要测量的物理量是光电门1与光电门2之间的高度差h . 答案：(2)11.206(11.204～11.207)(5)光电门1与光电门2之间的高度差h(6)2gh ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12 【能力提升】7．在“验证机械能守恒定律”的实验中(所用电源频率为50 Hz)：(1)某同学用如甲图所示的装置进行实验，得到如乙图所示的纸带，把第一个点(初速度为零)记作O 点，测出点O 、A 间的距离为89.36 cm ，点A 、C 间的距离为17.24 cm ，点C 、E 间的距离为18.76 cm ，已知当地重力加速度为9.80 m/s 2，重锤的质量为m ＝1.0 kg ，则打点计时器在打O 点到C 点的这段时间内，重锤动能的增加量为________ J ，重力势能的减少量为________ J ．(计算结果保留三位有效数字)(2)利用该装置可以测量重锤下落的加速度a ＝________ m/s 2.(计算结果保留三位有效数字) 解析：(1)利用匀变速直线运动的推论v C ＝x AE 4T ＝0.172 4＋0.187 60.08＝4.5 m/s ，则 ΔE k ＝12mv 2C ＝12×0.5×(4.5)2＝10.1 J ，重锤由O 点运动到C 点时，重锤的重力势能的减少量ΔE p ＝mgh ＝0.5×9.8×(0.893 6＋0.172 4) J ＝10.4 J.(2)根据Δx ＝aT 2得重锤下落的加速度a ＝Δx T 2＝0.187 6－0.172 40.042＝9.50 m/s 2.答案：(1)10.1 10.4 (2)9.508．(2018·浙江二模)“验证机械能守恒定律”的实验．(1)实验室提供了铁架台、夹子、导线、纸带等器材．为完成此实验，除了所给的器材，在图中还必须选取的实验器材是________．(2)下列方法有助于减小实验误差的是( )A．在重锤的正下方地面铺海绵B．必须从纸带上第一个点开始计算验证机械能是否守恒C．重复多次实验，重物必须从同一位置开始下落D．重物的密度尽量大一些(3)完成实验后，小明用刻度尺测量纸带距离时如图(乙)，已知打点计时器每0.02 s 打一个点，则B点对应的速度v B＝________m/s.若H点对应的速度为v H，重物下落的高度为h BH，重物质量为m，当地重力加速度为g，为得出实验结论完成实验，需要比较mgh BH与________________的大小关系(用题中字母表示)．解析：(1)该实验中可以选用电磁打点计时器和学生电源或者是电火花计时器．在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知重锤下降的距离，故需要毫米刻度尺．(2)在重锤的正下方地面铺海绵，目的是保护仪器，A选项错误；该实验是比较重力势能的减少量与动能增加量的关系，不一定要从纸带上第一个点开始计算验证，B选项错误；重复多次实验时，重物不需要从同一位置开始下落，C选项错误；选重物的密度尽量大一些，可以减小摩擦阻力和空气阻力的影响，从而减少实验误差，D选项正确．(3)根据刻度尺的读数规则可知，AC之间的距离x AC＝5.40 cm.根据匀变速直线运动的规律可知，一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，B 点瞬时速度的大小v B ＝x AC 2T＝1.35 m/s. 根据机械能守恒可知，mgh BH ＝12mv 2H －12mv 2B . 答案：(1)电磁打点计时器和学生电源(或者是电火花计时器)、毫米刻度尺 (2)D(3)1.35 12mv 2H －12mv 2B。
高一物理7.9《实验：验证机械能守恒定律》导学案 人教版必修2
验证机械能守恒定律实验自主落实学案1.实验目的：验证机械能守恒定律2.实验原理：(1)只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能守恒.利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h 及计算出瞬时速度v ，从而验证物体在自由下落过程中重力势能的减少量ΔEp=mgh 与物体动能的增加量ΔEk=221mv 相等。
(2)纸带上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就能得到下落过程中势能的变化。
再测出这两点的速度，从而得到它在各点的动能。
比较这两点动能变化和势能变化，就能验证机械能是否守恒。
3.实验器材：铁架台(带铁夹)；打点计时器；重锤(带纸带夹)；纸带；复写纸片；导线；毫米刻度尺；低压交流电源。
4.实验步骤：（1）装置：竖直架稳打点计时器，使打点计时器限位 孔与纸带在同一直线上，以减小纸带受到的阻力。
（2）将长约1 m 的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打 点计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方。
（3）接通电源，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）换几条纸带，重做上面的实验。
（5）在取下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近2 mm 且点迹清楚的纸带进行测量，先记下第一点O 的位置，再任意取五个点1、2、3、4、5用刻度尺测量距O 点的相应距离如图所示：为了减小测量h 值的相对误差，选取的各个计数点要离起点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60 cm~80 cm 之内.（6）用公式th h v n n 211-+-=计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3…… （7）利用公式Ep=mgh 计算出各计数点与第一个点的重力势能的减少量。
（8）比较动能增加量及重力势能的减少量的大小，看一看在误差允许的范围内两者是否相等，从而验证机械能是否守恒。
因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。
5.实验误差的来源与分析（1）实验中，重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，使得动能的增量必定稍小于重力势能减少量，造成系统误差.（2）再者，实验中长度的测量也可造成偶然误差.（3）其次，实验操作过程中，能否保证纸带上第一、二两个实验点间距等于2 mm,以确保打第一点时重锤速度为零，也是误差形成因素之一.典型题例导析例1． 做“验证机械能守恒定律”的实验步骤有：A.把打点计时器固定在铁架台上，并用导线将打点计时器接在低压交流电源上B.将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让手尽量靠近打点计时器C.松开纸带、接通电源D.更换纸带，重复几次，选用点迹清晰且第1、2两点间距为2 mm 的纸带E.用天平称出物体的质量，利用mgh=221mv 验证机械能守恒定律 在上述实验步骤中错误的是__ ___和 _____。
人教版高一物理必修二教案-7.9实验：验证机械能守恒定律
第九节实验：验证机械能守恒定律结对交流收集问题指导、倾听部分学生的交流，初步得出学生预习的效果情况。
就学案中基础学习交流的内容与结对学习的同学交流。
第二层级小组讨论小组展示补充质疑教师点评主题1:实验方案（１）引导学生阅读教材“实验方法”部分内容,完成相关问题（２）实验需要的器材：铁架台(带铁夹)、电火花打点计时器或电磁打点计时器;重锤(带纸带夹);纸带(数条)、复写纸片、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。
引导学生利用器材进行实验。
(１)实验步骤如下：①按照教材所示装置安装打点计时器;②将纸带穿过打点计时器,下端与重物相连;③先接通电源后释放纸带;④更换纸带重复以上步骤;⑤选择纸带处理数据。
(２)本实验可以不测量重物的质量。
因为验证机械能守恒定律的表达式mv2=mgh和m-m=mgΔh中,式子两边重物的质量m可以约去。
验证mv2=mgh时,需要从重物下落的起始点开始算起,这时需要挑选第1、2点间距离接近2mm,且点迹清楚的纸带进行测量。
验证m-m=mgΔh时,一般选择离起始点稍远一些的两个参考点来测量。
PPT课件主题2:对实验误差的分析以及注意事项（１）创设情景，引导学生阅读教材并回答问题。
（２）引导学生分析、交流、归纳要注意的问题和误差分析，点评。
(１)实验误差分析: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PPT课件距离时都从O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。
（２）计算重物下落的速度时,不能用v n=gt n或v n=计算,因为只要认为加速度为g,机械能必然守恒,即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律。
【学霸笔记】物理必修二7.9实验：验证机械能守恒定律
第九节 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：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12m v 2＝mgh 成立，则可验证物体的机械能守恒．两个主要测量的物理量为：(1)物体下落高度的测量：通过纸带用刻度尺测出O 点到第n 个点的距离h .(2)物体瞬时速度的测量、计算：纸带上第n 个点的瞬时速度等于这个点前后相邻两点间的平均速度v n ＝h n ＋1－h n －12T(h n ＋1、h n －1分别为第n ＋1个点、第n －1个点到第一个点的距离)． 方案二：测出物体下落高度h 过程的初、末时刻的速度v 1、v 2，v 1、v 2的计算方法与方案一的相同．若关系式12m v 22－12m v 21＝mgh 成立，则物体的机械能守恒．三、实验器材铁架台(带铁夹)、电火花打点计时器、墨粉纸盘(或电磁打点计时器、复写纸、低压交流电源)、重物(带纸带夹子)、纸带、导线、毫米刻度尺.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3～5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12m v 2n ，计算gh n 和12v 2n ，如果在实验误差允许的范围内gh n ＝12v 2n，则机械能守恒定律得到验证． 方法二：任取两点A 、B .从A 点到B 点，重力势能减少量为mgh A －mgh B ，动能增加量为12m v 2B －12m v 2A ，计算gh AB 和12v 2B －12v 2A ，如果在实验误差允许的范围内gh AB ＝12v 2B －12v 2A ，则机械能守恒定律得到验证．方法三：图象法．计算各计数点12v 2，以12v 2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h 为横轴，根据实验数据绘出12v 2-h 图线．若在误差许可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．六、误差分析1．在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差．2．重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象．3．由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差．4．测量时采取多次测量求平均值来减小偶然误差，安装打点计时器使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些、体积尽量小些的重物来减小系统误差．七、注意事项1.纸带选取：(1)以第一个点为起点时，要验证的是12m v 2n＝mgh n ，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为h ＝12gt 2＝12×10×(0.02)2m ＝2 mm. (2)以下落中某点为起点时，要验证的是12m v 2B －12m v 2A ＝mgh AB ，这时选择纸带不需要满足前两点间距为2 mm.3．计算速度时不能用v ＝gt 或v ＝2gh ，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误． 2．减小误差的措施与操作规范误差来源 减小误差的措施 实验注意事项阻力的影响 设法减小阻力 打点计时器应安装稳固，限位孔在一竖直线上，减小纸带与限位孔间的摩擦阻力 减小重物体积可减小空气阻力增大重物重力 选用密度大的重物，一般用铁块实验操作不当 调节打点计时器 注意将电磁打点计时器接在低压交流电源上，调节好振针的长度，使点迹清晰注意释放纸带与接通电源的顺序 接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸带让重物下落选择纸带 选择点迹清晰的纸带，最好是第1点和第2点间距接近2 mm 的纸带测量误差 h 误差 防止分段测量增大误差 各点对应的下落高度均从起点测量，不可用累加法，否则将增大误差 v 误差 减小相对误差用v n ＝h n ＋2－h n －24T 比用v n ＝h n ＋1－h n －12T 相对误差小。
高中物理必修2验证机械能守恒定律
高中物理必修2验证机械能守恒定律重点与剖析一、验证物理规律的正确性，通常有两种方法，直接验证和间接验证，直接验证是直接对结论进行验证，而间接验证并不是验证结论本身，而是验证由结论导出的一些推论。
本节利用直接验证和间接验证均可。
二、用实验验证物理规律，首先要确定该利用什么样的物理原理，再选定用什么样的实验过程，再选择实验的器材，后设计具体的实验步骤，设计记录数据的表格，设计数据的处理方法。
在实际做实验之前，还应对实验方案检查优化。
三、本实验验证的设计思路可以是：通过直接或间接测量满足机械能守恒条件的某个物理过程中多个时刻（或多个位置处）物体的机械能是否相同，从而验证该类过程中机械能是否守恒。
例如可以利用自由落体运动、平抛运动、小球在竖直面内的一段圆周运动、滑块在倾斜的气垫导轨上的运动等等。
四、本实验需要测量动能和重力势能，即需要测量瞬时速度和高度。
高度通常可以直接测量，速度则往往用间接测量的方法。
应好好复习刻度尺、打点计时器、气垫导轨的用法和用途，复习匀变速直线运动、平抛运动等的规律。
问题与探究1．试根据机械能守恒定律的内容，构思验证其正确性的实验方案.探究思路：（1）设计一个物体或物体系统的运动情景，使系统中的物体的动能和势能在相互转化的过程中无重力以外的其他力做功，或其他力做功足够少，几乎可以忽略，以满足机械能守恒的条件.（2）选取恰当的器材和实验装置，①能够记录物体运动高度的变化以便求出物体动能和重力势能转化过程中重力势能的变化；②能够求出物体在运动过程中某一位置的速度，进而求出物体动能的变化.（3）提出器材安装和实验操作的要求，保证实验过程误差尽可能地小.（4）选取科学的处理数据的方法.典题与精析例题1：请设计一个验证机械能守恒定律的实例，分析：可利用自由落体运动，验证物体做自由落体运动时，机械能是否守恒。
实验前必须熟练匀变速直线运动和自由落体运动的规律，必须熟练掌握利用打点计时器打在纸带上的点求物体瞬时速度的方法。
人教版高一物理必修2：7.9实验：验证机械能守恒定律(共22张PPT)
为什么图象 通过原点？
gh
=
1 2
v
2
1 2
v
2
0
该图象的 斜率表示
什么？
h
优质课件优秀课件课件公开课免费课 件下载 免费ppt 下载人 教版高 一物理 必修2 ：7.9实 验：验 证机械 能守恒 定律( 共22张P PT)
优质课件优秀课件课件公开课免费课 件下载 免费ppt 下载人 教版高 一物理 必修2 ：7.9实 验：验 证机械 能守恒 定律( 共22张P PT)
接通电源，再松开纸带，让 重物自由下落。
3、更换纸带，重复几次。
45、、选比择较合12适mv的n2和纸m带gh，n 处理是数否据相。等计算vn及对应动能
优质课件优秀课件课件公开课免费课 件下载 免费ppt 下载人 教版高 一物理 必修2 ：7.9实 验：验 证机械 能守恒 定律( 共22张P PT)
优质课件优秀课件课件公开课免费课 件下载 免费ppt 下载人 教版高 一物理 必修2 ：7.9实 验：验 证机械 能守恒 定律( 共22张P PT)
优质课件优秀课件课件公开课免费课 件下载 免费ppt 下载人 教版高 一物理 必修2 ：7.9实 验：验 证机械 能守恒 定律( 共22张P PT)
问题导学4'
h
纸带上的第一个点为计时起点0 （起始点的速度应
该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸 带刚开始下落）。
纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。 可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?
A
Δh
B
我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA 和EB。若以点B为0 势能点，则有：
优质课件优秀课件课件公开课免费课 件下载 免费ppt 下载人 教版高 一物理 必修2 ：7.9实 验：验 证机械 能守恒 定律( 共22张P PT)
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。
2018年高中物理必修二教案：7.9 实验：验证机械能守恒定律
7.9 实验：验证机械能守恒定律教学目标一、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1.验证机械能守恒定律的实验原理。
2.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。
教学过程一、导入新课通过上一节课的学习，我们知道机械能守恒定律及其表达式以及其在物理学中的重要地位。
一个规律的提出，不但要有理论的支持，还要由实验的验证，今天我们就设计实验，来验证机械能守恒定律。
二、新课教学 （一）实验方法在图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：E A =A A mgh mv +221， EB =B B mgh mv +221 如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有E A =E B ，即A A mgh mv +221=B B mgh mv +221 上式亦可写成B A A B mgh mgh mv mv -=-222121该式左边表示物体由A 到B 过程中动能的增加，右边表示物体由A 到B 过程中重力势能的减少。
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：mgh mv A =221——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。
（二）实验中需要注意的问题教师：请同学们看教材P79“要注意的问题”部分，思考一下问题： 1．重物选取的原则是什么？为什么？2．本实验误差的主要来源是什么？怎样有效地减小误差？3．为了利用重物下落的某个过程验证机械能守恒，如何恰当的选取重物下落的初末位置？4．重物的质量是否需要测量？为什么？ 学生看书思考、讨论并回答：1. 重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带和计时器之间的摩擦力，计时器平面不在竖直方向上，为减小误差，固定打点计时器时，计时器平面要竖直以利于减小纸带与计时器的摩擦力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、释放重锤记录运动情况
3、选择纸带、选点并测量 4、计算vn及对应动能
1 2 5、比较 mvn 和mghn 2
是否相等
问 题 1
本实验要不要测量物体的质量？
1 mgh = 2 mv 2
1 2 gh = 2 v
无需测量物体的质量
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。
问 题 2
1、某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打 点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4所示，O点为重锤下落 的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已 在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为 1kg。 ①打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB= 1.175 m/s，重 锤的动能EkB= 0.69 J。
通过本实验，我们可以得到的结论是：可不可以 用图象处 理数据?
图 象 法 处 理 数 为什么图 据 象通过原
点？
0
1 2 gh = 2 v
1 2
v2
该图象的 斜率表示 什么？
Δ
h
因重物下落中要克服阻力 做功，实验的动能增加量必定 稍小于重力势能减少量 在误差范围内，机械能守恒
Ek＝ E p
√
计时器打下的第一个点作为起始 点，适当增大距离后选一个点作终点 验证：
1 2 mgh mv 2
h
注意：必须保证纸带上的第一个点迹清晰， 且是放手时打下的第一个点。
V
1 2 3 4
M Δh kg m 0.5 0.5 0.5 0.5
VA VB 势能减少量 动能增加量 m/s m/s mgΔh(J) ΔEK(J) 0 0 0 0
4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序 怎样？
先通电源，再释放纸带 5、释放纸带时应注意什么问题？ 释放重物前，重物应靠近打点计时 器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的 上端，确保重物由静止释放。
4、实验装置、步骤及注意事项
实验步骤
1、组装实验装置
注意事项
1、安装要竖直 2、先通电再释放 3、先断电再取纸带 4、计数点距起点远一些 5、注意刻度尺读数规则
纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。
问 题 3
如何测量物体的瞬时速度?
做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度， 等于相邻两点间的平均速度。
hn1 hn1 3、vn 2T
确定物体速度及动能的方法
vn 2 ghn
vn gtn
为理论值，条件为机 械能必须守恒
d n 1 d n 1 vn 为实际测量结果 2T
√ √
√
√
√
1、选择重物时，选轻一点的好还是重一点 的好？为什么？
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。
2、安装打点计时器时，应注意什么问题？ 计时器平面与纸带限位孔调整在竖 直方向，计时器要稳定在铁架台上，并 将计时器伸出桌外。 3、这样做的目的是什么? 减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验 误差；保证重物有足够的下落空间，以便 在纸带上能够打出较多的点，有利于进行 计算．
（1） T m (2) (3) 平抛 （不计阻力） v0
T
(4)速直线 v v
（5）
光
本实验借助
自 由 落 体 运 动
验证机械能守恒定律
测量这些物理量，需要哪些器材？
器材
备 器材 备 注 注 铁架台 重锤（木 质） 电火花计 重锤（金 时器 属） 复写纸片 纸带 天平 mm刻度 尺 秒表 cm刻度尺
起始点 h
1 2 gh = 2 v
纸带上的第一个点为计时起点0 （起始点的 速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下 第一个点时纸带刚开始下落）。 对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第 一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？
1 1 x = 2 gt2 = 2×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm
9
实验：验证机械能守恒定律
1、机械能守恒的定义是什么？ 2、机械能守恒的条件是什么？ 3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？
质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零 参考面，经过A、B两点的速度分别为VA和VB，A、 B两点距地面的高度分别为hA、hB。
4、如何推导机械能守恒的表达式？
判断机械能是否守恒
（3）如果所打的纸带，前几个点不清晰 ，其它点清晰，用这样的纸带怎样验证机械能 守恒定律。
M kg 1 2 3 4
Δh m
VA VB 势能减少量 动能增加量 m/s m/s mgΔh(J) ΔEK(J)
一、实验方法 验证用自由落体运动 中机械能守恒 二、要注意的问题 实验的误差来源 三、速度的测量 做匀变速运动的纸 带上某点的瞬时速度，等于相邻两点 间的平均速度．
②从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减 小量为 0.69 J。 ③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开 始到打出B点的过程中，得到的结论是 机械能守恒 。