实验验证机械能守恒定律课件新人教版
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第六页，共38页。
(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落． (4)取下纸带，换上新纸带．重复做几次． (5)选取1、2两点间距接近2 mm并且点迹清晰的纸带． (6)在挑选的纸带上，记下第一点的位置0，并在纸带上依 次选取几个点1、2、3…根据时间t内的平均速度等于该段时 间中点t/2时刻的瞬时速度，测出点1到点3之间的距离除以 2×0.02 s(纸带上任意两个相邻的点之间所表示的时间都是 0.02 s)．计算出平均速度就是2处的瞬时速度．用这种办法计 算出物体(wùtǐ)在打下点1、2、3…时的瞬时速度v1、v2、 v3…
第二十四页，共38页。
【学法指导】 从以上两例可以看出(kàn chū)，是否需 要第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带，取决于题目的要 求，如果题目要求高度从打第1个点量起的，这就要求必须选 用第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带．如果验证的是纸带 中的某一段中动能的变化量和重力势能的变化量的关系，则 不需第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带．
第三十二页，共38页。
二、双物体为背景的机械能守恒(shǒu hénɡ)的考查 利用双物体为背景进行机械能守恒(shǒu hénɡ)考查，是 近些年在机械能守恒(shǒu hénɡ)方面考查的一个新动向，请 考生们注意这一考查动向，熟练掌握常见的双物体机械能守 恒(shǒu hénɡ)的一些情景，是应对这一考查的有效途径．
第十四页，共38页。
其中第①种方法，实际上已经默许了运动是自由落体运 动．你既然已经默许只有重力了，就承认了机械能守恒，那 还验证什么，显然不是本实验的目的．该方法不能用在该实 验中，这一点也是一个易错点．
第②种方法也是首先承认这是一个自由落体运动．由于 各种摩擦阻力不可避免，所以实际下落加速度必将小于g，而 下落高度是直接测量(cèliáng)的，这样将得到动能的变化量大 于重力势能的变化量的错误结论．有阻力作用的情况下，动 能的变化量应小于重力势能的变化量，这也是学生实验中的 易错点，因此这种方法处理实验也是错误的．
第十五页，共38页。
第③种方法中速度的求解，不涉及重力加速度的问题，是 就一般的匀变速运动速度的求解．高度是实验直接测出的数 据，因此代入12mv2 与 mgh，或代入12mv22－12mv21与 mgh2－mgh1 验证，这种做法是正确的．
第十六页，共38页。
三、几个问题的处理 1．质量(zhìliàng)的处理 本实验不需要知道动能和势能的具体数值，因此不需要 用天平测出重物的质量(zhìliàng)m.有些教科书或教辅材料上 涉及到“重物的质量(zhìliàng)用天平测出”，这并不意味着 必需测质量(zhìliàng)．有了质量(zhìliàng)的具体数值，只是 为了便于表述动能和势能的具体数值．
(g取9.8 m/s2，且结果保留三位有效数字)
第二十九页，共38页。
【解析】 本题是变形的打点计时器，电动机匀速转动 一周在白纸上留下记号(jì hɑo)，这恰是另类“打点计时 器”．其他问题的处理就是常规的机械能守恒的问题了，故 只需求出电动机转动的周期，即可把本题转化为纸带数据的 处理问题．由匀变速直线运动平均速度与时间中点的瞬时速 度相等可求出瞬时速度．
第十二页，共38页。
E．在误差允许范围内，看减少的重力势能 mgh 是否等于 增加的动能12mvC2 －12mvB2 ，从而验证机械能守恒定律
【答案(dáàn)】 BC
第十三页，共38页。
二、瞬时速度的处理思想与方法 1．瞬时速度的求解方法 做匀变速运动(biànsùyùndòng)的纸带上某点的瞬时速 度，等于该点前后相邻两点间的平均速度． 2．深刻理解速度计算方法的选取 要确定物体的动能，需要测出物体下落一定高度时的速 度．根据已经学过的知识，有三种方法：①v＝ 2gh，②v＝ gt，③用某段时间内的平均速度表示其中间时刻的瞬时速度．
第七页，共38页。
(7)用刻度尺测量纸带上从0到1、2、3…之间的距离h1、 h2、h3…，这些距离就是在打下1、2、3…时物体下降的高度 (gāodù)．
(8)把得到的数据填入下面的表格里，并计算各个对应的 mv和mgh，看是否相等，从而得出结论.
第八页，共38页。
各打点
1 23456
下落高度 hn(m)
第二十二页，共38页。
【例3】 在利用(lìyòng)打点计时器和重锤做“验证机 械能守恒定律”的实验时，以下说法正确的是( )
A．应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力 远大于它们所受的阻力
B．重锤的质量必须测出才能完成验证实验 C．处理数据时必须挑选第一、二两点间距离接近2 mm 的纸带才能完成实验 D．处理数据时可以避开纸带上初始的密集的几点，选 择后面合适的两点进行测算与验证
第二十五页，共38页。
突破压轴•技压群雄
第二十六页，共38页。
一、新情境下的探究能力的培养 【例1】 如右图所示，用包有白纸的质量 (zhìliàng)为1.00 kg的圆柱棒替代纸带和重 物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之 匀速转动，使之替代打点计时器．当烧断悬 挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛 笔就在圆柱棒面的纸上画出记号，如图所 示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动．
势能等于它增加的动能．
第二十一页，共38页。
【答案】 (1)初速度为零 2 mm (2)0.59 m/s 0.174 J 0.172 J 在实验误差范围内，重锤减少的重力势能等于它增加 的动能． (2)如果利用12mv22－12mv21与 mgh2－mgh1 验证机械能守恒定律， 可以选取没有起始段的纸带．这种情况下，验证的是某一段时 间，重锤的动能的变化量和重力势能的变化量．以上两种做法， 是一个问题的两个方面，看研究问题的始点选取在何处．
第十七页，共38页。
2．选取纸带的方法 (1)如果利用12mv2 与 mgh 验证机械能守恒定律，处理数据 时，应挑选 1、2 两点间的距离接近 2 mm 并且点迹清晰的纸 带进行测量．(这意味着纸带是在打第一个点的瞬时开始下落)
第十八页，共38页。
【例2】 验证机械能守恒定律的实验采用重物自由 (zìyóu)下落的方法．
第五页，共38页。
3．实验器材 铁架台(含铁夹)，打点计时器、重锤(带纸带夹)、纸带、 复写纸、导线，毫米刻度尺，学生电源． 4．实验步骤 (1)将检查调整好的打点计时器竖直架稳在铁架台上，接 好电路． (2)将纸带用夹子(jiā zi)固定在重物上，并让纸带穿过打 点计时器．先用手提住，使重物在靠近打点计时器附近静 止．上图所示．
×10－3 m/s＝2.68 m/s.动能变化量 ΔEk＝12mv62－12mv23＝2.82 J，
重力势能变化 ΔEp＝mgh63＝2.88 J．在误差允许范围内，圆柱 棒的机械能守恒．
第三十一页，共38页。
【答案】 (1)0.05 (2)1.24 2.68 2.82 2.88 在误差允许范围内，圆柱 (yuánzhù)棒的机械能守恒
第十一页，共38页。
【例1】 用(如实验原理图)所示的实验装置验证机械能 守恒定律．在下面(xià mian)所列举的该实验的几个操作步骤 中，你认为没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是 ________(填字母代号)．
A．按照图示的装置安装器件 B．将电火花计时器接到学生电源的直流输出端上 C．先放手让纸带和重物下落，再接通电源开关 D．在打出的纸带上，依据打点的先后顺序选取连续的 A、B、C、D四个合适的点，通过测量计算得出B、C两点的 速度vB、vC，并测出B、C两点的距离为h
第三十三页，共38页。
【例2】 如图所示，两个质量(zhìliàng)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．
实验(shíyàn)验证机械 能守恒定律课件新人教
版
2021/11/7
第一页，共38页。
考点及模型的构建 探秘规律·升华技巧 突破压轴·技压群雄
课时作业
第二页，共38页。
考点及模型的构建
第三页，共38页。
解读实验的核心(héxīn)及要点 1．实验目的 验证机械能守恒定律 2．实验原理 机械能守恒的条件是：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，而总的机械能保持不变．在 这个实验中，我们利用的是特殊情况(只受重力的自由落体运 动)来验证机械能守恒．
速度 vn(m/s)
mghn 12mv2n 结论
第九页，共38页。
探秘规律•升华技巧
第十页，共38页。
一、引起误差(wùchā)的主要因素 (1)实验时，打点计时器应竖直地架稳，以便减小重物带 着纸带下落时所受的阻力． (2)释放纸带的方法：让纸带夹紧处靠近打点计时器，先 接通电源，再放纸带．能使打出的第一个点清晰． (3)重锤质量大一些，体积小些，使摩擦阻力的相对误差 (wùchā)减小．
第四页，共38页。
实验原理图(如图)，当物体自由下落时，若某时刻物体下 落的瞬时速度为 v，下落高度为 h，借助打点计时器打下的纸 带，测出重物某时刻的下落高度 h 和该时刻的瞬时速度 v，探 究 mgh 和12mv2 的大小关系，即可验证机械能是否守恒．
计算打第 n 点瞬时速度的方法是：测出第 n 点的相邻前后 两段相等时间 T 内下落的距离 xn 和 xn＋1，由公式 vn＝xn＋2Txn＋1 或 vn＝hn＋12－Thn－1算出，如下图所示．
第十九页，共38页。
第二十页，共38页。
【解析】 (1)本题中的 h 是指距初始点的高度，故必须
保证初速度为零．初速度为零的自由落体运动，第 1、2 两点
间的距离 h＝12gt2≈2 mm.
(2)vB＝
AC 2T
＝32.1×4－0.072.8×10－3
m/s＝0.59
m/s，重锤的动能
EkB＝12mvB2 ＝12×1×0.592 J＝0.174 J，从开始下落起至 B 点， 重锤的重力势能减少量 EpB＝mgh＝1×9.8×17.6×10－3 J＝ 0.172 J．由此得出结论：在实验误差范围内，重锤减少的重力
(1)用公式12mv2＝mgh，必须保证________，实验中所选 的纸带第 1、2 两点间距应接近________．
(2)若实验中所用重锤质量 m＝1 kg，打点纸带如图所示， 打点时间间隔为 0.02 s，A、B、C、D 为几个连续的实验点．则 记录 B 点时，重锤的速度 vB＝________，重锤的动能 EkB＝ ________，从开始下落起至 B 点，重锤的重力势能减少量是 ________，因此可得出的结论是_________________________.
第二十三页，共38页。
【解析】 实验的条件是只有重力做功(zuògōng)，因此 纸带所受阻力相对重力而言越小，实验的相对误差越小．由 于是验证实验，不需要知道动能和势能的具体数值，因此不 需要测出重物的质量m；高度只要不是从第一个点算起，利 用ΔEk＝Δmgh也可以验证机械能守恒．
【答案】 AD
第二十七页，共38页。
测得记号之间的距离(jùlí)依次为26.0 mm、50.0 mm、 74.0 m电动机铭牌 上标有“1 200 r/min”的字样，由此验证机械能守恒定 律．根据以上内容可得：
第二十八页，共38页。
(1)毛笔画出的相邻两条线的时间(shíjiān)间隔T＝ ________s.
第三十页，共38页。
(1)由电动机匀速转动一周在白纸上留下记号，故电动机
的周期就是相邻两记号间的时间
T＝1
60 200
s＝0.05 s
(2)利用某段位移的平均速度表示其中间时刻的瞬时速度
可求：v3＝502.×0＋0.7045.0×10－3 m/s＝1.24 m/s，v6＝1222.×0＋0.10456.0
(2)根据上图所给的数据，可知毛笔画下记号3时，圆柱棒 下落的速度v3＝________m/s；画下记号6时，圆柱棒下落的 速度v6＝________m/s；记号3、6之间棒的动能变化量为 ________J，重力势能的变化量为________J，由此得出的结 论是_________________________________________________.
(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落． (4)取下纸带，换上新纸带．重复做几次． (5)选取1、2两点间距接近2 mm并且点迹清晰的纸带． (6)在挑选的纸带上，记下第一点的位置0，并在纸带上依 次选取几个点1、2、3…根据时间t内的平均速度等于该段时 间中点t/2时刻的瞬时速度，测出点1到点3之间的距离除以 2×0.02 s(纸带上任意两个相邻的点之间所表示的时间都是 0.02 s)．计算出平均速度就是2处的瞬时速度．用这种办法计 算出物体(wùtǐ)在打下点1、2、3…时的瞬时速度v1、v2、 v3…
第二十四页，共38页。
【学法指导】 从以上两例可以看出(kàn chū)，是否需 要第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带，取决于题目的要 求，如果题目要求高度从打第1个点量起的，这就要求必须选 用第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带．如果验证的是纸带 中的某一段中动能的变化量和重力势能的变化量的关系，则 不需第1、2两点间的距离接近2 mm的纸带．
第三十二页，共38页。
二、双物体为背景的机械能守恒(shǒu hénɡ)的考查 利用双物体为背景进行机械能守恒(shǒu hénɡ)考查，是 近些年在机械能守恒(shǒu hénɡ)方面考查的一个新动向，请 考生们注意这一考查动向，熟练掌握常见的双物体机械能守 恒(shǒu hénɡ)的一些情景，是应对这一考查的有效途径．
第十四页，共38页。
其中第①种方法，实际上已经默许了运动是自由落体运 动．你既然已经默许只有重力了，就承认了机械能守恒，那 还验证什么，显然不是本实验的目的．该方法不能用在该实 验中，这一点也是一个易错点．
第②种方法也是首先承认这是一个自由落体运动．由于 各种摩擦阻力不可避免，所以实际下落加速度必将小于g，而 下落高度是直接测量(cèliáng)的，这样将得到动能的变化量大 于重力势能的变化量的错误结论．有阻力作用的情况下，动 能的变化量应小于重力势能的变化量，这也是学生实验中的 易错点，因此这种方法处理实验也是错误的．
第十五页，共38页。
第③种方法中速度的求解，不涉及重力加速度的问题，是 就一般的匀变速运动速度的求解．高度是实验直接测出的数 据，因此代入12mv2 与 mgh，或代入12mv22－12mv21与 mgh2－mgh1 验证，这种做法是正确的．
第十六页，共38页。
三、几个问题的处理 1．质量(zhìliàng)的处理 本实验不需要知道动能和势能的具体数值，因此不需要 用天平测出重物的质量(zhìliàng)m.有些教科书或教辅材料上 涉及到“重物的质量(zhìliàng)用天平测出”，这并不意味着 必需测质量(zhìliàng)．有了质量(zhìliàng)的具体数值，只是 为了便于表述动能和势能的具体数值．
(g取9.8 m/s2，且结果保留三位有效数字)
第二十九页，共38页。
【解析】 本题是变形的打点计时器，电动机匀速转动 一周在白纸上留下记号(jì hɑo)，这恰是另类“打点计时 器”．其他问题的处理就是常规的机械能守恒的问题了，故 只需求出电动机转动的周期，即可把本题转化为纸带数据的 处理问题．由匀变速直线运动平均速度与时间中点的瞬时速 度相等可求出瞬时速度．
第十二页，共38页。
E．在误差允许范围内，看减少的重力势能 mgh 是否等于 增加的动能12mvC2 －12mvB2 ，从而验证机械能守恒定律
【答案(dáàn)】 BC
第十三页，共38页。
二、瞬时速度的处理思想与方法 1．瞬时速度的求解方法 做匀变速运动(biànsùyùndòng)的纸带上某点的瞬时速 度，等于该点前后相邻两点间的平均速度． 2．深刻理解速度计算方法的选取 要确定物体的动能，需要测出物体下落一定高度时的速 度．根据已经学过的知识，有三种方法：①v＝ 2gh，②v＝ gt，③用某段时间内的平均速度表示其中间时刻的瞬时速度．
第七页，共38页。
(7)用刻度尺测量纸带上从0到1、2、3…之间的距离h1、 h2、h3…，这些距离就是在打下1、2、3…时物体下降的高度 (gāodù)．
(8)把得到的数据填入下面的表格里，并计算各个对应的 mv和mgh，看是否相等，从而得出结论.
第八页，共38页。
各打点
1 23456
下落高度 hn(m)
第二十二页，共38页。
【例3】 在利用(lìyòng)打点计时器和重锤做“验证机 械能守恒定律”的实验时，以下说法正确的是( )
A．应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力 远大于它们所受的阻力
B．重锤的质量必须测出才能完成验证实验 C．处理数据时必须挑选第一、二两点间距离接近2 mm 的纸带才能完成实验 D．处理数据时可以避开纸带上初始的密集的几点，选 择后面合适的两点进行测算与验证
第二十五页，共38页。
突破压轴•技压群雄
第二十六页，共38页。
一、新情境下的探究能力的培养 【例1】 如右图所示，用包有白纸的质量 (zhìliàng)为1.00 kg的圆柱棒替代纸带和重 物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之 匀速转动，使之替代打点计时器．当烧断悬 挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛 笔就在圆柱棒面的纸上画出记号，如图所 示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动．
势能等于它增加的动能．
第二十一页，共38页。
【答案】 (1)初速度为零 2 mm (2)0.59 m/s 0.174 J 0.172 J 在实验误差范围内，重锤减少的重力势能等于它增加 的动能． (2)如果利用12mv22－12mv21与 mgh2－mgh1 验证机械能守恒定律， 可以选取没有起始段的纸带．这种情况下，验证的是某一段时 间，重锤的动能的变化量和重力势能的变化量．以上两种做法， 是一个问题的两个方面，看研究问题的始点选取在何处．
第十七页，共38页。
2．选取纸带的方法 (1)如果利用12mv2 与 mgh 验证机械能守恒定律，处理数据 时，应挑选 1、2 两点间的距离接近 2 mm 并且点迹清晰的纸 带进行测量．(这意味着纸带是在打第一个点的瞬时开始下落)
第十八页，共38页。
【例2】 验证机械能守恒定律的实验采用重物自由 (zìyóu)下落的方法．
第五页，共38页。
3．实验器材 铁架台(含铁夹)，打点计时器、重锤(带纸带夹)、纸带、 复写纸、导线，毫米刻度尺，学生电源． 4．实验步骤 (1)将检查调整好的打点计时器竖直架稳在铁架台上，接 好电路． (2)将纸带用夹子(jiā zi)固定在重物上，并让纸带穿过打 点计时器．先用手提住，使重物在靠近打点计时器附近静 止．上图所示．
×10－3 m/s＝2.68 m/s.动能变化量 ΔEk＝12mv62－12mv23＝2.82 J，
重力势能变化 ΔEp＝mgh63＝2.88 J．在误差允许范围内，圆柱 棒的机械能守恒．
第三十一页，共38页。
【答案】 (1)0.05 (2)1.24 2.68 2.82 2.88 在误差允许范围内，圆柱 (yuánzhù)棒的机械能守恒
第十一页，共38页。
【例1】 用(如实验原理图)所示的实验装置验证机械能 守恒定律．在下面(xià mian)所列举的该实验的几个操作步骤 中，你认为没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是 ________(填字母代号)．
A．按照图示的装置安装器件 B．将电火花计时器接到学生电源的直流输出端上 C．先放手让纸带和重物下落，再接通电源开关 D．在打出的纸带上，依据打点的先后顺序选取连续的 A、B、C、D四个合适的点，通过测量计算得出B、C两点的 速度vB、vC，并测出B、C两点的距离为h
第三十三页，共38页。
【例2】 如图所示，两个质量(zhìliàng)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．
实验(shíyàn)验证机械 能守恒定律课件新人教
版
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考点及模型的构建 探秘规律·升华技巧 突破压轴·技压群雄
课时作业
第二页，共38页。
考点及模型的构建
第三页，共38页。
解读实验的核心(héxīn)及要点 1．实验目的 验证机械能守恒定律 2．实验原理 机械能守恒的条件是：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，而总的机械能保持不变．在 这个实验中，我们利用的是特殊情况(只受重力的自由落体运 动)来验证机械能守恒．
速度 vn(m/s)
mghn 12mv2n 结论
第九页，共38页。
探秘规律•升华技巧
第十页，共38页。
一、引起误差(wùchā)的主要因素 (1)实验时，打点计时器应竖直地架稳，以便减小重物带 着纸带下落时所受的阻力． (2)释放纸带的方法：让纸带夹紧处靠近打点计时器，先 接通电源，再放纸带．能使打出的第一个点清晰． (3)重锤质量大一些，体积小些，使摩擦阻力的相对误差 (wùchā)减小．
第四页，共38页。
实验原理图(如图)，当物体自由下落时，若某时刻物体下 落的瞬时速度为 v，下落高度为 h，借助打点计时器打下的纸 带，测出重物某时刻的下落高度 h 和该时刻的瞬时速度 v，探 究 mgh 和12mv2 的大小关系，即可验证机械能是否守恒．
计算打第 n 点瞬时速度的方法是：测出第 n 点的相邻前后 两段相等时间 T 内下落的距离 xn 和 xn＋1，由公式 vn＝xn＋2Txn＋1 或 vn＝hn＋12－Thn－1算出，如下图所示．
第十九页，共38页。
第二十页，共38页。
【解析】 (1)本题中的 h 是指距初始点的高度，故必须
保证初速度为零．初速度为零的自由落体运动，第 1、2 两点
间的距离 h＝12gt2≈2 mm.
(2)vB＝
AC 2T
＝32.1×4－0.072.8×10－3
m/s＝0.59
m/s，重锤的动能
EkB＝12mvB2 ＝12×1×0.592 J＝0.174 J，从开始下落起至 B 点， 重锤的重力势能减少量 EpB＝mgh＝1×9.8×17.6×10－3 J＝ 0.172 J．由此得出结论：在实验误差范围内，重锤减少的重力
(1)用公式12mv2＝mgh，必须保证________，实验中所选 的纸带第 1、2 两点间距应接近________．
(2)若实验中所用重锤质量 m＝1 kg，打点纸带如图所示， 打点时间间隔为 0.02 s，A、B、C、D 为几个连续的实验点．则 记录 B 点时，重锤的速度 vB＝________，重锤的动能 EkB＝ ________，从开始下落起至 B 点，重锤的重力势能减少量是 ________，因此可得出的结论是_________________________.
第二十三页，共38页。
【解析】 实验的条件是只有重力做功(zuògōng)，因此 纸带所受阻力相对重力而言越小，实验的相对误差越小．由 于是验证实验，不需要知道动能和势能的具体数值，因此不 需要测出重物的质量m；高度只要不是从第一个点算起，利 用ΔEk＝Δmgh也可以验证机械能守恒．
【答案】 AD
第二十七页，共38页。
测得记号之间的距离(jùlí)依次为26.0 mm、50.0 mm、 74.0 m电动机铭牌 上标有“1 200 r/min”的字样，由此验证机械能守恒定 律．根据以上内容可得：
第二十八页，共38页。
(1)毛笔画出的相邻两条线的时间(shíjiān)间隔T＝ ________s.
第三十页，共38页。
(1)由电动机匀速转动一周在白纸上留下记号，故电动机
的周期就是相邻两记号间的时间
T＝1
60 200
s＝0.05 s
(2)利用某段位移的平均速度表示其中间时刻的瞬时速度
可求：v3＝502.×0＋0.7045.0×10－3 m/s＝1.24 m/s，v6＝1222.×0＋0.10456.0
(2)根据上图所给的数据，可知毛笔画下记号3时，圆柱棒 下落的速度v3＝________m/s；画下记号6时，圆柱棒下落的 速度v6＝________m/s；记号3、6之间棒的动能变化量为 ________J，重力势能的变化量为________J，由此得出的结 论是_________________________________________________.