高中物理验证机械能守恒定律实验
高中物理验证机械能守恒定律实验教案学案
§9 实验：验证机械能守恒导学案【学习目标】：1.知识与技能（1）理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量.（2）知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法.(3)能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析中得出实验结论.(4)能定性的分析产生误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差.2.过程与方法（1）运用实验验证机械能守恒定律，体会科学探究的方法.（2）引导学生掌握实验的研究方法，培养科学的素养。
3.情感态度与价值观(1)通过实验培养对科学研究的兴趣.(2)通过实验培养学生实事求是的态度，为树立科学的世界观和人生观奠定基础。
【课前预习案】1.温故知新：（1）在只有_____或_____弹力做功的物体系统内，_____和_____可以相互转化，而_______________保持不变. 这叫做机械能守恒定律.（2）机械能守恒定律的表达式：_________________________: _______________________; _________________________ 2.自主预习：如图所示，一个物体的质量为ｍ，初速度为v1，在与运动方向相同的恒力F（不计摩擦阻力）的作用下发生一段位移l，速度增大到v2，则：①力F对物体所做的功多大?②物体的加速度多大?③物体的初速、末速、位移之间有什么关系?④结合上述三式你能综合推导得到什么样的式子?解析：①力对物体做的功为：W ＝__________ ② 根据牛顿第二定律有______________③根据运动学公式有________________________④W=_____=___________________=____________________分析概括：合力F 所做的功等于_______这个物理量的变化；又据功能关系，F 所做的功等于物体______的变化，所以在物理学中就用______________这个量表示物体的动能。
【高中物理实验】实验：验证动量守恒定律+验证机械能守恒
实验六验证动量守恒定律【实验目的】验证动量守恒定律。
【实验器材】斜槽、质量不同的两小球，白纸，复写纸，天平，圆规，重锤线，游标卡尺，刻度尺。
【实验步骤】1．〖测两球质量〗先用天平测出小球的质量m1、m2。
2．〖安装和调整器材〗按右图安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切线水平的。
把被碰小球放在斜槽前边的不支柱上，调节实验装置使两小球相碰时处于同一高度，碰撞后的速度方向在同一水平直线上。
在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸。
表示入射小球的球心在纸上的垂直投影。
4．〖测P点〗先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有小球落点圈在里面，圆心P就是入射球碰前落点的平均位置。
5．〖测M、N点〗把被碰球放在小支柱上，让入射球从原来的高度滚下，使它们发生正碰，重复实验10次，用同样的方法标出碰撞后入射球和被碰球落点的平均位置M、N。
6．〖画O'点〗过ON在纸上作一直线，取OO'＝2r，O'就是被碰球的球心在纸上的垂直投影。
7．〖测量及验证〗用刻度尺量出线段OM、OP、O'N的长度（即为相应的速度），把两小球的质量和相应的速度数据代入m1OP＝m1OM＋m2O'N式中，判断等式是否成立。
【注意点】⑴本实验是一个验证性实验，通过数据的测量和比较它们的关系验证动量守恒定律。
实验中采用小球落地水平位移替代水平速度，可以使实验过程更加简单。
用地上铺白纸和复写纸的方法得到小球的落地点。
⑵实验时要先用天平测出小球的质量m1、m2，其目的是供选择质量大的球作为入射球。
⑶实验中为了减小误差，实验中要求：①槽的末端切线水平，使小球做平抛运动；入射球从斜槽上同一高度处滚下，保证每次的初速度相同；两小球相碰时处于同一高度，使两球都做平抛运动。
②小球落地点位置用求另一种平均位置的方法，即用圆规画尽可能小的圆把所有小球落点圈在里面，圆心P就是入射球碰前落点的平均位置的方法。
高中物理实验验证机械能守恒定律必修
谢谢大家！
_在__误__差__允___许__范__围___内__机__械___能__守__恒_．．
练习2.在验证机械能守恒定律时，将重物自由下落，
纸带记录如图所示．（计算结果取2位有效数字）
T=0.02s图中纸带左端为与重物相连端，0点为重物静
止时所记录的点，ABC三个记数点为打点计时之点，
则VB重=_物(_A_下B__+落_B_hC_B_)/距2T离时进，行其计速算度，V根B可据用图计示算数式据求出 VB=__________m/s；重物重力势能减少量为 ___________，动能增加量为__________________，两 者不完全相同的原因是_打__点__计__时__器__,_刻__度__尺__．实验中
2、实验原理
O
研究在自由落体运动中：
？ Ek＝Ep
方案1：从起点开始计算
h A v1
1 mv2 ? mgh 2
B h
方案2：从一般位置开始计算
C
12mv22-12mv12 ? mgh
v
D
v2
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？ x12 2mm
2、如何测量瞬时速度
x v中时 v 2T
思考题：
3、是否需要测量重物的质量？
重物是否可以随意选择？ 1 mv2 mgh 2
4、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？
打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在 同一竖直平面内，尽量减少摩擦阻力
思考题：
高中物理第八章机械能守恒定律5实验：验证机械能守恒定律课后作业含解析
实验:验证机械能守恒定律限时:45分钟一、单项选择题1．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，设计了以下四种测量方案，其中最合理的是(D）A．用刻度尺测出物体下落高度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＝错误!计算出瞬时速度C．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，并通过h＝错误!计算出高度hD．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：选项A、B、C中用匀变速直线运动公式求v及h，这样得到的v、h不是实验直接测量数据,不能达到验证机械能守恒定律的目的．2．在“验证机械能守恒定律"的实验中，下列说法正确的是（D）A．实验中不需要天平和刻度尺B．实验时应先放开纸带，再接通电源C．打点计时器应接在电压为4~6 V的直流电源上D．测量下落高度时,选取的各点应距起始点适当远一些解析：实验中不需要测量物体的质量，因此不需要天平,但需要测量纸带上计数点之间的距离，因此需要刻度尺,选项A错误;实验时应先接通电源，后放开纸带，选项B错误；打点计时器应接在交流电源上,选项C错误；为减小偶然误差，选取的各点应距起始点适当远一些，选项D正确．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两点时重物的速度分别是v B、v C，测得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（B)A．gh＝v2C－v2B B．gh＝错误!v错误!－错误!v错误!C．v C＝v B＋gT D．v错误!＋v错误!＝2gh解析：从B运动到C的过程中，重力势能的减少量为ΔE p ＝mgh，动能的增加量为ΔE k＝错误!mv错误!－错误!mv错误!，所以验证机械能守恒的表达式为mgh＝错误!mv错误!－错误!mv错误!，即gh＝错误! v2，C－错误!v错误!，选项B正确．4．在利用打点计时器和重物做“验证机械能守恒定律"的实验时，下列说法正确的是（C)A．重物的质量必须测出才能完成验证实验B．选取纸带时必须挑选第一、二两点间距离接近2 mm的纸带C．处理数据时可以避开纸带上初始时较密集的几点，选择后面合适的两点进行测算与验证D．利用图像法处理实验数据时,应在坐标系中画出v－h图像解析：由“验证机械能守恒定律”的实验原理及数据处理方法可知,选项C正确．5．在做“验证机械能守恒定律"的实验时，发现重物减少的重力势能总是略大于重物增加的动能，造成这种现象的原因是（C）A．选用的重物质量过大B．选用的重物质量过小C．空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力D．实验时操作不规范，实验数据测量不准确解析：造成题中所述误差的主要原因是来自于各方面的阻力，选项C正确．二、多项选择题6．在“验证机械能守恒定律”的实验中,有关重物的质量，下列说法中正确的是（AC)A．应选用质量较大的重物，使重物和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力B．应选用质量较小的重物，使重物的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动C．不需要称量重物的质量D．必须称量重物的质量,而且要估读到0.01 g解析：本实验的原理是利用重物自由下落验证机械能守恒定律，因此重物的质量应取得大一些，使重物和纸带所受的阻力与重物所受的重力相比可以忽略不计，从而保证重物和纸带做自由落体运动，选项A正确，B错误；重物下落过程中机械能守恒,设重物的质量为m，下落距离h时的速度为v，则有错误! mv2＝mgh，故有v2＝2gh，分别计算对应的v2和2gh,即可验证机械能守恒定律是否成立，不需要测量重物的质量，故选项C 正确，D错误．7．用自由落体运动“验证机械能守恒定律”，就是看12mv错误!是否等于mgh n，计数点的编号为0、1、2、…、n。
8.5 实验：验证机械能守恒定律 课件-2023年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
课外拓展
（1）从纸带上打下计数点5时的速度v=__2_.4__m/s；
（2）从打下第“0”点到打下第“5”点的过程中系统动能
的增量△Ek=__0_.5_8__J，系统势能的减少量△EP=__0_.6_0__J ；
（当地的重力加速度g取10m／s2）
（3）若某同学作出
1 2
v2—h图象如图所示，则当地的重力加
在距离O点较近处选择几个连续的计数点，并计算出各点的速度值
E.测出各计数点到O 点的距离，即得到重锤的下落高度
F.计算出mghn和
1 2
mvn2，看两者是否相等
五、【应用规律，反思改进】
在以上步骤中，不必要的步骤是____A____； 有错误或不妥的步骤是____B_C__D_F_____。（填写代表字母） 更正情况是： ①_B__中__手__应__抓___住__纸__带__末___端__，__让__重___锤__尽__量__靠___近__打__点__计__时___器__； ②_C__中__应__先___接__通__电__源___，__再__松__开___纸__带______________________； ③_D__中__应___选__取__离__O__点__较__远___的__点___________________________；
重物自由下落的高度h及对应的瞬时速度v，
计算出重物减少的重力势能mgh和增加的动能
1 2
mv2 ，然后进
行比较，如果两者相等或近似相等，即可验证重物自由下落
过程中机械能守恒。请根据实验原理和步骤完成下列问题：
五、【应用规律，反思改进】
(1)关于上述实验，下列说法中正确的是____B_C___. A.重物最好选择密度较小的木块 B.重物的质量可以不测量 C.实验中应先接通电源，后释放纸带 D.可以利用公式 v＝ 2gh来求解瞬时速度
新教材2023年高中物理第8章机械能守恒定律5实验：验证机械能守恒定律课件新人教版必修第二册
则 Ep＝Ek＝12mv2＝12mk′2x2，
因此弹簧的弹性势能与弹簧的压缩量的平方成正比。
课堂达标检测
1．(2021·福建省福州格致中学高一月考)如图是用“落体法”验证 机械能守恒定律的实验装置如图甲所示。(g取9.8 m/s2)
A．重锤的质量
B．重力加速度
C．重锤下落的高度
D．与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度
(2)有同学按以下步骤进行实验操作： A．用天平称出重锤和夹子的质量； B．固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提 住，且让手尽量靠近打点计时器； C．松开纸带，接通电源，开始打点。并如此重复多次，以得到几 条打点纸带； D．取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距离O点较 近处选择连续几个计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值； E．测出各点到O点的距离，即得到重锤下落的高度。 F．计算出 mghn 和12mv2n，看两者是否相等。
考点二 实验数据处理 典题2 在用落体法做“验证机械能守恒定律”的实验中，重锤
的质量为0.400 kg，取g＝10 m/s2，完成下列填空：(计算结果保留3位有 效数字)
(1)释放纸带前，重锤和手的合理位置是__C__；
图1
(2)正确操作后，选取的纸带如图2所示，图中O为起始点且速度为
零。A ～ G为纸带上的连续点，D、E、F与O的距离分别如图所示。已
知计时器的打点周期为0.02 s，由此可计算出物体下落到E时的速度vE＝ _3_._0_4___m/s；
(3)从O到E，重锤动能的增加量ΔEk＝__1_.8_5___J；重力势能的减少量 ΔEp＝___1_.9_5__J。
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。
人教版2019高中物理必修第三册 实验：验证机械能守恒定律35张ppt
ΔE/J 0.393 0.490
0.686
0.785
回答下列问题： ΔEp＝4mgL＝4×0.05×9.80×0.5 J＝0.980 J。
(1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的 ΔE ＝0.980J－0.392 J＝0.588J
3
减少量为_______ J(保留三位有效数字)；
(2)步骤④中的表格所缺数据为________；
A．刻度尺
B．0～6 V直流电源
AD
s 0.070 1
v D＝ ＝
m/s=1.7525m/s
2T 0.04
C．秒表
D．0～6 V交流电源
(2)某同学用图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示，相邻两
点之间的时间间隔为0.02 s，根据纸带计算出打下D点时重物的
1.75
速度大小为________m/s。(结果保留三位有效数字)
恒定律写出图像对应的函数表达式，弄清图像斜率的物理意义，如 v2-h 图像、
2
v
v2-2h 图像，或 -h 图像，根据图像计算出重力加速度，计算结果与当地重力
2
加速度比较，根据二者是否在误差允许的范围内相等判断机械能是否守恒。
3．利用计算法验证机械能守恒。计算法需要知道当地的重力加速度，通过计
算重力势能的减少量与动能的增加量是否相等验证机械能守恒。
(1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选
择密度大的理由是_____________________________________。
阻力与重力之比更小
(2)已知交流电频率为50 Hz，重物质量为200 g，当地重力加
速度g＝9.80 m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的
高中物理教案-《验证机械能守恒定律实验》创新设计-“衡水赛”一等奖
《验证机械能守恒定律实验》创新设计一、实验教学目标（一）知识与技能（1）理解实验的设计思路，明确实验中需要测量的物理量。
（2）会使用数字计时器，会利用光电门测物体瞬时速度。
（3）能正确进行实验操作，根据实验数据的分析得出结论。
（4）能定性分析产生误差的原因，并采取相应措施减小误差。
（二）过程与方法通过验证机械能守恒定律体验验证过程与物理学的研究方法。
（三）情感态度与价值观通过亲自实践，培养学生观察和实践能力，培养学生实事求是的态度和正确的科学观。
（四）重难点分析重点：掌握机械能守恒定律的实验原理。
难点：验证机械能守恒定律的误差分析及减小误差的方法。
二、实验创新--内容和方法设计（一）教材实验分析在人教版物理教材中，这个实验的方案是利用打点计时器、重锤、铁架台等器材完成的（如右图）。
实验时让重锤连接纸带穿过打点计时器做自由落体运动，通过纸带上的点测量和计算出下落高度和相应瞬时速度，得到这个过程中减少的重力势能和增加的动能，验证两者是否相等，以此验证机械能守恒。
该实验原型的不足之处有：1、实验器材多，安装较复杂，若作为课堂演示实验，可视性不强。
2、从以往的经验看，学生实验时常见问题主要有纸带难以控制竖直方向导致摩擦较大，纸带上打出的点迹不清晰，测量距离存在偶然误差，因此利用纸带上的点计算瞬时速度存在较大误差。
3、装置只能验证单个物体机械能守恒，无法验证系统机械能守恒，不具有普遍性和说服力。
为了解决这些问题，我设计了如下两个实验方案。
（二）实验创新设计（1）用“摆”验证机械能守恒定律(课堂演示)（实验装置示意图及实物图如下）①方法及内容设计：将一张标有刻度的白纸钉在木板上，I 和Ⅱ位置固定两个光电门连接计时器，计时器测得摆依次通过两个光电门的挡光时间。
摆进行了改造，用一根长圆柱代替摆球，因为摆球难以控制其球心通过光电门中心，而长圆柱就就能很好地解决这个问题。
圆柱的直径由游标卡尺测出，这样就可以求出摆依次经过两个光电门的瞬时速度)(遮光时间（圆柱直径）t d v 。
高中物理实验验证机械能守恒定律
实验七 验证机械能守恒定律【实验目的】1、验证机械能守恒定律。
2、测定重物下落的加速度。
【实验原理】当物体自由下落时，如果忽略空气阻力，物体机械能守恒，即重力势能的减少量△E p 等于动能的增加量△E k 。
设物体的质量为m ，下落高度为h 时的速度为v ，则有21mv 2=mgh 即 gh=21v 2测出物体下落到不同位置时的即时速度和下落高度，看上式在误差范围内是否相等，若相等就验证机械能守恒定律。
【实验器材】1、电火花计时器，2、纸带4条，3、C 形夹，4、重锤，5、刻度尺，6、地毯。
【注意事项】1、 应先接通电源然后才释放纸带。
2、 安装电火花计时器，两个限位孔要上下对正以保证纸带处于竖直方向，减少重锤下落过程中限位孔对纸带的摩擦阻力。
【实验步骤】1、用C 形夹将电火花计时器固定在桌子边上，插好电源。
2、把两条纸带固定在重锤上，另一端一条穿过限位孔从墨粉纸下面经过，另一条从墨粉纸上面经过。
手持纸带保持竖直方向，接通电源，松手让重锤牵引纸带下落，打点计时器在纸带上打出一系列点。
3、重复打出几条纸带，从中挑选第一，二两点的距离接近2mm.并且点迹清晰的纸带进行测量。
4、把选取的纸带的的第一个点记为0点，每过5个点选为一个记数点，依次标记为A、B、C、D、E（中间的点有的未画出）。
如图所示5、依次用刻度尺量出OA、AB、BC、CD、DE的距离记为s1、s2、s3、s4、s5量出OA、OB、OC、OD、OE的距离记为h。
、h1、h2、h3、h4。
并记入表中。
6、用公式依次算出记数点B、C、D的即时速度并填入表中。
7、计算从0点算起物体运动到B、C、D所对应点增加的动能△E k 和减少的势能△E P并填入表中。
8、比较△E k和△E P在误差允许范围内是否相等。
【实验改进】实验按照课本是将电火花计时器.或是将电磁打点计时器用铁夹固定在铁架台上，铁架台放在实验桌子上，重锤下落在桌子上，这样设计有些弊病，第一，打点计时器架设不稳，给实验带来误差。
验证机械能守恒定律实验误差研究【毕业作品】
验证机械能守恒定律实验误差研究摘要：验证机械能守恒定律实验是中学物理的一个重要实验内容。
然而，在新课标中对该实验的设计说明，却存在着比较大的缺陷。
本文通过误差理论，在对中学物理实验“验证机械能守恒定律”实验结果的误差分析发现实验结果的相对误差要大于实验允许的最大误差，说明该实验存在较大的系统误差。
因此，我们修正了实验设计方案，消除了系统误差对实验的影响，得到了比较满意的结果。
关键词：机械能守恒；实验评价；系统误差Verify the error in law of conservation of mechanical energy ABSTRACT:Experiment of verifying conservation law of mechanical energy is an important content of physics. However, in the new curriculum for the experimental design specification, but there is a big defect. This article through error theory, in physics experiments "verifying conservation law of mechanical energy" experimental error analysis of results found the results of the experiment allows relative error is greater than the maximum amount, major system error description of the experiment. Therefore, we amended the experimental design, eliminates system errors on the experiment of the effect, quite satisfactory results were obtained.KEYWORDS: Conservation of mechanical energy; Experimental evaluation ; System error目录引言 (1)1 验证机械能守恒定律的实验 (2)1.1实验装置 (2)1.2实验过程 (2)1.3实验原理 (3)1.4实验注意事项 (3)1.5讨论 (4)2实验结果及评价 (5)2.1实验结果 (5)2.2误差分析 (6)2.3实验评价 (7)3实验的系统误差分析 (8)3.1初始点的确定 (8)3.2计算点的选取 (9)4 实验系统误差的修正 (11)4.1实验改进方案 (11)4.2实验结果 (12)4.3实验评价 (13)总结 (14)参考文献 (15)引言任何实验中都存在误差，其中误差包括系统误差和偶然误差。
高中物理 用DIS验证机械能守恒定律的三种方法
用DIS 验证机械能守恒定律的三种方法一、用斜轨法验证机械能守恒定律◆实验目的用斜轨法验证机械能守恒定律。
◆实验原理位于倾斜轨道上的小车，忽略轨道的摩擦力，因只有重力对其做功，所以机械能守恒。
取低处光电门传感器(接数据采集器第二通道)为零势点，设两光电门之间的高差为h ，则：在两光电门传感器处小车的机械能分别为：mgh mv E +=21121，22221mv E =若1L 为两光电门问的距离，2L 为轨道两支脚之间的距离，S 为轨道一个支脚调高高度：'S 为本支脚平衡摩擦后高度，则公式中2'1/)(*L S S L h -= 本实验中，“I ” 型挡光片的宽度为0．02m ，小车的质量为0.2345kg ，L1=0.50m ，L2=1.OOm ，S=0.037m ，S'=0.013m ，所以h=0.012m 。
两光电门传感器处机械能损耗的计算公式为：]2/)/[)(2121E E E E n +-=◆实验器材朗威DISLab 、计算机、DISLab 力学轨道及附件、天平等。
◆实验装置图见图22．1。
◆实验过程与数据分析l 、将力学轨道调节水平，把一侧调高3.7cm ，按0.5米间距安装两光电门；2、将两光电门接入数据采集器第一、二通道；3、打开“计算表格”，点击“自动记录”中的“开始”，让小车自由向下滑动5～6次，点击停止；4、点击“公式”，输入变量和计算公式，得到计算结果；5、由结果可见：六次实验中机械能损失仅在1.90％～2.90％之间；6、进一步改进实验手法，精细调节力学轨道垫高的角度，平衡摩擦力，可大幅度提高实验精度，得到图22-3所示的计算结果，机械能的损失已控制在千分之一以内；7、由此可得出结论：在只有重力做功的情况下，机械能守恒。
二、用气垫导轨法验证机械能守恒定律◆实验器材朗威DISLab、计算机、气垫导轨、天平等。
◆实验目的用气垫导轨法验证机械能守恒定律。
高中物理实验六验证机械能守恒定律
图1图 2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12m v 2A ＋mgh A ＝12m v 2B ＋mgh B上式亦可写成12m v 2B －12m v 2A ＝mgh A －mgh B . 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：12m v 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12m v 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12m v 2B －12m v 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．五、数据处理方法一：利用起始点和第n 点计算代入mgh n 和12m v 2n ，如果在实验误差允许的条件下，mgh n 和12m v 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12m v 2B －12m v 2A 的值．(3)在实验误差允许的条件下，若mgh AB ＝12m v 2B －12m v 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v 2，然后以12v 2为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据作出12v 2－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h n ＝12gt 2n 或h n ＝v 2n 2g 计算得到．记忆口诀自由落体验守恒，阻力减小机械能.仪器固定竖直向，先开电源物后放.开头两点两毫米，从头验证式容易.不管开头看清晰，任取两点就可以.图象验证也很好，关键记住两坐标.例1 某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图3所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验．图3(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是__________，理由是_______________________________.(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图4所示，相邻两点之间的时间间隔为s，请根据纸带计算出B点的速度大小为________m/s.(结果保留三位有效数字)图4(3)该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2－h图线如图5所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)图5例2为了测定木块与木板之间的动摩擦因数，利用现有的器材：木板、木块、弹簧测力计、刻度尺、秒表、砂桶与砂．如图6所示，有人设计了下面三种实验方案：(1)设法使木板静止，增减右面砂桶内的砂，使木块在木板上匀速运动，并测出木块、砂与砂桶的重力；(2)用手拉弹簧测力计保持其静止、水平，然后用力F拉木板向左运动，并读出弹簧测力计的示数，称出木块的重力；(3)把木板倾斜一定角度且固定，让木块从木板顶端由静止释放，使木块加速滑到底端，并测出下滑时间及相应各长度．图61．如果这三个实验的操作正确无误，测动摩擦因数最准确而且最简单的实验方案是______________．2．试从实验原理上对每个方案作出简要分析和评价方案（1）：；方案（2）：；方案（3）：；方法提炼设计性实验题目的解决步骤(1)找原型：把教材中的实验原型或者相关的物理理论知识在头脑中完整、准确地重现出来；(2)找差别：将实验中所给器材与实验原型中器材进行对比，看一下少了什么器材或什么器材的量程不满足要求，再看一个“多”给了什么器材，注意“多给”的器材往往就是解决问题的金钥匙；(3)定原理：实验设计的关键在于实验原理的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用(或还需要)哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤，而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材(条件)和实验要求，它们相辅相成，互为条件；(4)定方案：根据与原型实验对比的结果和确定的实验原理与器材，确定需要测量的物理量，来确定实验方案与步骤．图7跟踪训练 用如图7实验装置验证m 1、m 2组成的系统机械能守恒．m 2从高处由静止开始下落，m 1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图8给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离已在图中标出．已知m 1＝50 g 、m 2＝150 g ，则(g 取10 m/s 2，结果保留两位有效数字)图8(1)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 ．将打点计时器接到直流电源上C ．先释放m 2，再接通电源打出一条纸带D ．测量纸带上某些点间的距离E ．根据测量的结果，分别计算系统减少的重力势能和增加的动能，其中操作不当的步骤是__________(填选项对应的字母)．(2)在纸带上打下计数点5时的速度v ＝______m/s ；(3)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔE k ＝________ J ，系统势能的减少量ΔE p ______J 由此得出的结论是：(4)若某同学作出12v 2－h 图象如图9所示，写出计算当地重力加速度g 的表达式________________，并计算出当地的实际重力加速度g ＝________m/s 2.图91．下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是( )A ．重物质量的称量不准会造成较大误差B ．重物质量选用得大些，有利于减小误差C ．重物质量选用得小此，有利于减小误差D ．若纸带下落较打点早，会造成较大误差2．关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是( )A ．实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越少，误差就越小B ．实验时需称出重物的质量C ．纸带上第1、2两点间距若不接近2 mm ，则无论怎样处理实验数据，实验误差都一定较大D ．处理打点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法图113．用自由落体运动验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作得到如图10所示的纸带．其中O 点是起始点，A 、B 、C 是打点计时器连续打下的三个点，该同学用毫米刻度尺测量O 点到A 、B 、C 各点的距离，并记录在图中(单位：cm)图10已知打点计时器的电源频率为50 Hz ，重物质量为m ，当地重力加速度g ＝ m/s 2.(1)图中的数据不符合有效数字读数要求的是__________．(2)该同学用重物在OB 段的运动来验证机械能守恒定律，先计算出该段重物重力势能的减少量为________，接着从打点计时器打下的第一个点O 数起，数到图中B 点是打点计时器打下的第9个点，他用v B ＝gt 计算和B 点对应的重物的瞬时速度，得到动能的增加量为________(均保留三位有效数字)．这样他发现重力势能的减少量________(填“大于”或“小于”)动能的增加量，造成这一错误的原因是______________________ ____________________________________________________________________________(3)若某同学所选的纸带中，设打O 点时释放物体，打点计时器打A 点时物体速度大小为v ，该同学在实验报告中称：测得v ＝ m/s ，h ＝ cm ，据此可得：12v 2＝ m 2/s 2，gh ＝ m 2/s 2. 在误差范围内两者相等，即机械能守恒定律得证．老师批阅：“数据非实验所得！”其理由是：4．如图11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、天平．回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有________．(填入正确选项前的字母)A ．米尺B ．秒表C ．0～12 V 的直流电源D ．0～12 V 的交流电源(2)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材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 ．先接通电源，后释放纸带，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 其中操作不当的步骤是____________．(3)实验中误差产生的原因有(写出两个原因)(4)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图12所示．使用交流电的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a＝______________.(用x1、x2、x3、x4及f表示)图12答案例1(1)见解析(2)(3)解析(1)甲采用图乙实验时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑的过程中机械能不守恒，故图乙不能用于验证机械能守恒定律例2 1.(2) 2.木块匀速不易调节和判断滑动摩擦力的大小可直接从弹簧测力计读出，与木板运动性质无关时间、长度的测量都会产生误差，且测量过程和步骤较多1．安全：在三个方案中都不存在安全问题；2．可行：根据题目中给出的器材，方案(1)中保证木板静止，用弹簧测力计测量木块、砂桶与砂的重力都能做到，可是要想保证木块在木板上匀速运动就比较困难了．方案(1)：不具有可操作性，所以排除方案(1)．方案(2)：弹簧测力计静止，木块也静止，拉动木板运动时，木块在水平方向上受到弹簧测力计的拉力和木板的滑动摩擦力作用而平衡，所以弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力F f的大小，而且在拉动木板的过程中，不用担心木板是否在做匀速直线运动，只要使木板运动，保证木板与木块之间是滑动摩擦力就可以了．然后测量出木块的重力G，则动摩擦因数μ＝F f/G，即方案(2)具有可操作性．方案(3)：对沿木板做匀加速直线运动的木块受力分析，根据牛顿第二定律列出方程：mg sin θ－μmg cos θ＝ma.再用秒表测出下滑的时间t，用刻度尺测出木块做匀加速直线运动的位移x，则x＝12at2.最后用刻度尺测出夹角θ的对边和邻边的长度，求出sinθ和cos θ的大小，把以上各式联立，就可以求出μ的大小．比较方案(2)、方案(3)可知方案(3)中需要测量的物理量多，测量不方便，造成的误差较大，所以应选择方案(2)．(1)BC(2)(3)0．60在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒(4)g＝m1＋m22h(m2－m1)v29．71．BD．(1) cm(2) m m小于测得的高度比自由落体运动对应下落的实际高度小(3)见解析解析(3)由于阻力的存在，在下落过程中重力势能的减少量不可能小于其动能的增加量．4．(1)AD(2)B(3)见解析(4)(x3＋x4－x1－x2)f24解析(3)纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取初末两点距离过近；交流电频率不稳定(写出任意两个即可)．。
高中物理【实验：验证机械能守恒定律】优秀课件
一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打下的点(
图中未标出)，计数点间的距离如图所示。已知m1＝50 g、m2＝150 g， 打电计时器所用电源频率为50 Hz，则：(计算结果保留两位有效数字)
人教物理必修第二册
返回导航 上页 下页
(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝___2_.4____m/s。 [解析] (1)每相邻两计数点间还有 4 个打下的点，相邻计数点的时间间 隔 T＝0.10 s， 打第 5 个点时的速度为 v5＝x24T6＝0.2126×＋00.1.264 m/s＝2.4 m/s。
人教物理必修第二册
返回导航 上页 下页
2．方案二 (1)调整气垫导轨至倾斜状态时，垫块要垫至合适位置，要反复调整， 使滑块能沿导轨加速下滑。 (2)气垫导轨调整完毕后要保持导轨及垫块的位置不动。 (3)一先一后：应先将滑块移至导轨顶部附近，再接通电源释放滑块。 (4)用游标卡尺测量相关量时，要注意游标卡尺不估读。
人教物理必修第二册
返回导航 上页 下页
数据处理与分析 在“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，使质 量为m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的 点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示。O为第一个点，A、B、 C为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度g取9.80 m/s2，那么：
返回导航 上页 下页
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 v B．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v C．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，计算出瞬时速度 v，并通过 h＝2vg2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，计算出瞬时 速度 v
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(含解析)
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范围内gh n ＝12v n 2，则机械能守恒定律得到验证。
2023年新教材高中物理8
5．实验：验证机械能守恒定律(1)理解验证机械能守恒定律的实验原理．(2)会设计实验方案，确定需要测量的物理量，采用正确的方法测量相关的物理量．(3)能够控制实验条件，正确进行实验操作，获取物体下落的高度和速度大小等数据．(4)会分析动能增加量小于重力势能减少量的原因，并采取相应措施，以减小实验误差．1．实验目的(1)通过实验研究物体运动过程中动能与重力势能的变化，从而验证机械能守恒定律．(2)练习使用打点计时器或气垫导轨等器材验证机械能守恒定律．2．实验思路机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此设计实验时要考虑满足这一条件的情形．情形1：自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件．情形2：物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直，对物体不做功，也满足机械能守恒的条件．3．物理量的测量根据重力势能和动能的定义，需要测量的物理量有物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度．(1)质量的测量：可用天平测量．(2)高度的测量：可用刻度尺测量．(3)瞬时速度的测量①用打点计时器打下的纸带测量测出打n点前、后相邻两段相等时间T内物体运动的距离x n和x n＋1(或测出h n－1和h n＋1)，由公式v n＝x x+x x+12x (或v n＝x x+1−x x−12x)即可得到打n点时物体的瞬时速度，如图所示．②用光电门测量遮光条通过光电门时的瞬时速度等于遮光条通过光电门时的平均速度，则根据遮光条的宽度l和遮光时间Δt，可以算出物体经过光电门时的速度v＝xxx．4．数据分析方法1：计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足1 2xx22＋mgh2＝12xx12＋mgh1①方法2：计算物体在某两点间的动能变化和势能变化是否满足1 2xx−12xx1222＝mgh1－mgh2②若在误差允许范围内，等式①(或②)满足，即可验证机械能守恒．案例一研究自由下落物体的机械能【典例示范】题型一实验原理和实验操作【例1】如图甲为验证“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、天平．回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有________．(填入正确选项前的字母)A．刻度尺B．秒表C．8 V的直流电源D．8 V的交流电源(2)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材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．先接通电源，后释放纸带，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操作错误的步骤是________．(3)实验中误差产生的原因有__________________________________________________ _________________________________________________________________(写出两个原因)．(4)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图乙所示．使用交流电源的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a＝________．(用x1、x2、x3、x4及f表示)题型二实验数据处理【例2】在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符号实验要求的纸带如图甲所示．O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g＝9.80 m/s2，那么：(1)根据图甲所示的数据，应取图中O点到________点来验证机械能守恒定律；(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔE p＝________J，动能增加量ΔE k＝________J(结果取三位有效数字)．由此可得出结论：________________________________________________．(3)若测出纸带上各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及重物下落的高为纵轴，以h为横轴画出的图像是图乙中的________．度h，则以x22练1 某同学安装如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．(1)此实验中，应当让重物做________运动，________(选填“需要”或“不需要”)测出重物的质量．(2)打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，该同学选取如图乙所示的一段纸带，对BD 段进行研究．求得B点对应的速度v B＝________m/s(保留2位有效数字)，若再求得D点对应的速度v D，测出重物下落的高度为h BD，则还应计算________与________大小是否相等(填字母表达式)．(3)但该同学在上述实验过程中存在明显的问题．安装实验装置时存在的问题是：________________；研究纸带时存在的问题是：________________．案例二 研究沿斜面下滑物体的机械能守恒1．实验步骤(1)器材安装：按图示安装器材，调节气垫导轨至倾斜状态，测出两光电门所在位置的高度差Δh ．(2)实验测速：连通进气装置，使气垫导轨开始工作，从静止释放滑块，分别测出滑块经过两个光电门的遮光时间Δt 1、Δt 2．(3)重复实验：从不同的位置释放滑块，分别测出遮光时间． 2．数据处理(1)速度的测量：用游标卡尺测出滑块上遮光条的宽度d ，读出遮光条通过光电门的遮光时间，则滑块通过光电门的速度v ＝xxx ．(2)验证关系式方式1(两个光电门)：分别测出滑块经过两个光电门的速度v 1＝xxx 1和v 2＝xxx 2，用刻度尺测出两光电门的高度差Δh ，验证在误差范围内是否满足g Δh ＝12(x xx 2)2－12(x xx 1)2．方式2(一个光电门)：让滑块从光电门上方某一位置由静止释放，测出该点到光电门的高度差Δh 和滑块经过光电门时的速度v ＝xxx，验证在误差范围内g Δh ＝12(xxx )2成立．【典例示范】【例3】 在图甲所示的光电计时器中，a 、b 分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a 、b 间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用图乙所示装置验证机械能守恒定律．图中PQ 是固定的光滑斜面，斜面的倾角θ＝30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出．让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5×10－2s 和2.00×10－2s ．已知滑块质量为m ＝2.00 kg ，滑块沿斜面方向的宽度为d ＝5.00 cm ，光电门1和2之间的距离为L ＝0.540 m ，g 取9.80 m/s 2，设滑块经过光电门的速度为其平均速度．(1)滑块通过光电门1时的速度v1＝________ m/s，通过光电门2时的速度v2＝________ m/s．(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为________J，重力势能的减少量为________J．由此可得出的结论是________________________．练2 某同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律，已知当地重力加速度为g．主要实验步骤如下：①用游标卡尺测量遮光条的宽度d，用量角器测出气垫导轨的倾角θ；②测量遮光条到光电门的距离x；③由静止释放滑块，记录数字计时器显示遮光条的挡光时间t；④改变x，测出不同x所对应的挡光时间t．根据上述实验步骤请回答：(1)滑块通过光电门时速度的表达式v＝________(用实验中所测物理量符号表示)．(2)根据实验测得的多组x、t数据，可绘制x1x2图像，图像的纵坐标为x，横坐标为1x2，如果滑块下滑过程符合机械能守恒定律，则图像应为过原点的一条倾斜直线，其斜率为________(用d、θ、g表示)．1．如图甲是利用重物自由下落“验证机械能守恒定律”的实验装置．(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中，没有必要进行的操作是________．A．用天平测重物的质量B．用秒表测重物下落的时间C．用打点计时器记录重物下落的信息D．用纸带记录的点来测量重物下落的高度(2)该实验所用打点计时器的电源频率为50 Hz，如图乙所示，A、B、C为纸带中选取的三个计数点，每两个计数点之间还有4个点未画出，则每两个计数点之间的时间间隔T＝________s，打点计时器在打下计数点B时，物体的下落速度为v B＝________m/s．(小数点后保留两位有效数字)(3)由于该实验中存在阻力做功，所以实验测得的重物的重力势能的减少量________(选填“<”“>”或“＝”)动能的增加量．2．某实验小组利用如图甲所示的实验装置，完成“验证机械能守恒定律”的实验，请根据实验原理和步骤完成下列问题：(1)在实验操作中，释放纸带瞬间的四种情境如图乙所示，你认为最合理的是( )(2)该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带如图丙所示，纸带上的O点是起始点，选取纸带上连接的点A、B、C、D、E、F作为计数点，并测出各计数点到O点的距离依次为27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66 cm、56.07 cm，已知打点计时器所用的电源是50 Hz的交流电，重物的质量为0.5 kg，则从计时器打下点O到打下点D的过程中，重物减小的重力势能ΔE p＝________J，重物增加的动能ΔE k＝________J，两者不完全相等的主要原因是________________．(重力加速度g取9.8 m/s2，计算结果均保留3位有效数字) 3．“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行．(1)比较这两种方案，________(选填“甲”或“乙”)方案好些．(2)如图丙是某种方案得到的一条纸带，测得每两个计数点间距离如图所示，已知每两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s，物体运动的加速度a＝________m/s2(结果保留三位有效数字)；该纸带是采用________(选项“甲”或“乙”)实验方案得到的．(3)如图丁是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中N点速度时，几位同学分别用下列不同的方法进行，其中正确的是( )A．v N＝gnTB ．v N ＝x x +x x +12x C ．v N ＝x x +1−x x −12xD ．v N ＝g (n －1)T5．实验：验证机械能守恒定律知识点精讲案例一【例1】 【解析】 (1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要刻度尺、8 V 的交流电源．(2)其中操作错误的步骤是将打点计时器接到电源的“直流输出”上，打点计时器需要交流电源．(3)纸带与打点计时器之间有摩擦力以及空气阻力；用刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算重力势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定等．(4)由Δx ＝aT 2得：a ＝x 3+x 4−x 1−x 24x 2＝(x 3+x 4−x 1−x 2)x 24【答案】 (1)AD (2)B(3)纸带与打点计时器之间有摩擦力以及空气阻力；用刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算重力势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定(任选两个便可)(4)(x 3+x 4−x 1−x 2)x 24【例2】 【解析】 (1)根据匀变速直线运动中，物体在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可以求出打B 点时重物的速度，所以取图中O 点到B 点来验证机械能守恒定律．(2)从O 点到B 点，重物重力势能的减少量ΔE p ＝mg Δh ＝1.00×9.80×0.192 J＝1.88 J ．打B 点时重物的速度v B ＝x xx 2x ＝0.232 3−0.155 50.04m/s ＝1.92 m/s ，则打B 点时重物的动能E k B＝12xx x2＝12×1.00×1.922J ＝1.84 J ．所以从O 点到B 点，重物动能的增加量ΔE k ＝1.84J ．由此得出结论：在实验误差允许的范围内，重物动能的增加量等于重力势能的减少量．(3)根据mgh ＝12mv 2得，x 22＝gh ，即x 22与h 成正比．故A 正确．【答案】 (1)B (2)1.88 1.84 在实验误差允许的范围内，重物动能的增加量等于重力势能的减少量 (3)A练 1 解析：(1)由实验原理知，应让重物在松开手后做自由落体运动；根据机械能守恒，mg Δh ＝12x (x −x 1222)，整理后，得g Δh ＝12(x −x 1222)，所以不需要测量质量．(2)B 点速度等于AC 段的平均速度，v B ＝xx2x≈0.19 m/s；根据实验原理知，还应计算12(x −x x 2x 2)与gh BD ，看两者大小是否相等．(3)重物距离桌面太近，会落到桌面上；B 、D 时间间隔过短，实验误差较大． 答案：(1)自由落体 不需要 (2)0.1912(x −x x 2x 2) gh BD(3)重物会落在桌面上(或“纸带打点过短”等与此类似的答案) B 、D 两点时间间隔过短案例二【例3】 【解析】 (1)由题意知滑块经过光电门时的速度为其平均速度，所以滑块通过光电门1时的速度v 1＝xx 1＝5.00×10−25.00×10−2m/s ＝1.00 m/s通过光电门2时的速度v 2＝x x 2＝5.00×10−22.00×10−2 m/s ＝2.50 m/s(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为ΔE k ＝12xx 22－12xx 12代入数据解得ΔE k ＝5.25 J ；重力势能的减少量ΔE p ＝mg Δh ＝mgL sin θ 代入数据解得ΔE p ≈5.29 J；可得出的结论：在误差允许范围内，该过程中机械能守恒． 【答案】 (1)1.00 2.50(2)5.25 5.29 在误差允许范围内，该过程中机械能守恒练 2 解析：(1)由于遮光条通过光电门的时间极短，可以用平均速度表示瞬时速度，则滑块通过光电门时的速度v ＝xx ．(2)如果滑块下滑过程符合机械能守恒定律，则应有mgx sin θ＝12x(xx)2，所以x＝x22x xxx x (1x)2，x－1x2图像应为过原点的一条倾斜直线，其斜率为x22x xxx x．答案：(1)xx (2)x22x xxx x随堂练习1．解析：(1)因为我们是比较mgh、12mv2的大小关系，故m可约去，不需要测出重物的质量，故A符合题意；我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故B符合题意；用打点计时器可以记录重物下落的时间和高度；用纸带记录的点来测量重物下落的高度．(2)每两个计数点之间还有4个点未画出，则每两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s．根据匀变速直线运动的规律，中间时刻速度等于这段时间中的平均速度，得v B＝x xxx xx＝2.36 m/s．(3)由于纸带和重物都受到阻力作用，重力势能有一部分转化为内能，所以重力势能的减少量大于动能的增加量．答案：(1)AB (2)0.1 2.36 (3)>2．解析：(1)释放纸带时，手提着纸带的上端，纸带要处于竖直状态，重物靠近打点计时器，故选项D正确．(2)从打点计时器打下点O到打下点D的过程中，重力势能减小量ΔE p＝mgh＝0.5×9.8×0.436 5 J＝2.13 J，利用匀变速直线运动的推论可得：v D＝xx ＝0.4966−0.38020.04m/s＝2.91 m/s，重物增加的动能为：E k D＝12xxD2＝12×0.5×(2.91)2J＝2.12 J，由于存在阻力作用，所以减小的重力势能大于动能的增加量．答案：(1)D (2)2.13 2.12 存在阻力3．解析：(1)比较甲、乙两种方案，乙方案中产生的阻力对实验的影响大于甲方案，因此甲方案好些．(2)由题意得：a＝(x3+x4)−(x1+x2)4x2＝4.83 m/s2，所以该纸带是采用乙实验方案得到的．(3)匀变速直线运动过程中中间时刻速度等于该段过程中的平均速度，所以有v N＝x x+x x+12x 或者v N＝x x+1−x x−12x．答案：(1)甲(2)4.83 乙(3)BC。
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。
- 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)。
v2 =
s2 + s3 2T
v3 =
s3 + s 4 2T
D Ek1 =
1 2 mv1 2
D Ek2 =
1 2 mv 2 2
D Ek3 =
1 2 mv 3 2
注意事项
（1）实验中打点记时器的安装，两纸带限位 孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力． （2）实验时，必须先接通电源，让打点记时 器工作正常后才松开纸带让重锤下落． （3）打点记时器必须接50Hz交流低压电源. （4）必须保留纸带上打出点迹的第一点,且 第1、2点间距约为2mm的纸带误差小。 （5）实验中，只要验证gh是否等于v2/2即可， 不用测重锤的质量。 误差分析：由于重锤克服阻力作功，所 以动能增加量略小于重力势能减少量。
电火花计 时器
纸带
夹子
重物
实验目的
验证物体做自由落体运动过程中
机械能守恒。
实验原理
0 1
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相互转化，但 总的机械能守恒，若物体某时刻即时 速度为v，下落高度为h，恒有：
2
3
1 2 mv mgh 2
4
实验原理 2、借助打点记时器，通过
0
实验步骤
(3)先接通电源，后松手让重锤带着 纸带下落。 (4)重复几次，得3—5条纸带。 (5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带， 在起始点标上O ，以后各依次标上1、2、3„.. 用刻度尺测出对应高度h1、h2、h3„„
第一个间隔，一定要求是2mm左右吗
实验步骤
(6)应用公式 计算各点对应的速度 v1、v2、v3...
(7)计算各点对应的势能减少量和 动能的增加量进行比较。
记录及数据处理
g＝9.8m/s2，T＝0.02s 。源自E D C Bh1(OB)
h2(OC)
h3(OD)
ΔEp1＝mgh1
ΔEp2＝mgh2
ΔEp3＝mgh3
A O
S1(AB)
S2(BC)
S3(CD)
S4(DE)
v1 =
s1 + s 2 2T
纸带测出重物某时刻高度h
和该时刻的即时速度vt， 即可验证机械能守恒定律。
V h
1 2
3
4
实验原理
0 1 d2
3、测定第n点的即时速度的方法 是：测出第n点的相邻的前、后两
段相等时间T内下落的距离由下列
公式算出：
2
S3 3 d4
Sn Sn 1 vn 2T
d n1 d n1 或vn 2T
Vc=3.89m/s
思维•能力•训练
在验证机械能守恒的定律时，如果以 v2/2为纵轴，根据实验数据绘出的v2/2-h 图线应是________________ 过原点O的倾斜直线 ，才能验证机 械能守恒，v2/2-h图的斜率等于
重力加速度g 的数值。 _____________
S4
4
实验仪器 铁架台（带铁夹）、
电火花计 时器 纸带
打点记时器、纸带几条、
重锤（带纸带夹子）、 导线、复写纸片、直尺、
夹子
重物
学生电源
实验步骤
(1)按图把打点记时器安装在铁架台 上，用导线把打点记时器与学生电源 连好。
(2)把纸带的一端在重锤上用架子固定好，另一
端穿过记时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤 停靠在打点记时器附近。
思维•能力•训练
在“验证机械能守恒”的实验中，已知打点记 时器所用的电源的频率50Hz，查得当地重力加速度 为g=9.8m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg。实 验中得到一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个 点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的 点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别 为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根据以 上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减 7.62 焦，动能的增加量等于______ 7.57 焦 少量等于______ (取3位有效数字)。
思维•能力•训练
为进行《验证机械能守恒》实验，有下
列器材可选用：铁架台、打点记时器、复写
纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电
秒表、天平 键、天平，其中不必的器材是____________ 、低压直流电源 低压交流电源 ________________; 缺少的器材是______
、刻度尺、重物 __________________ 。