第1课时 实验：探究动能与重力势能的转化和守恒

实验目的
本实验借助于重 物的自由下落
验证：动能和重力势 能相互转化过程中， 它们的总和保持不变。
设小球下落时先后经历了A、B两点。 因为只有重力做功，根据动能定理有:
WG

1 2
mv22

1 2
mv12
①
又根据重力做功与重力势能的变化
关系有：（选地面为参考面）
v1
WG mgh1 mgh2 ②
表一
△h
v
Ep
Ek
1
2
3
数据处理：（方法二）
A
B
我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB,
以点B为零势能参考点，则有：
EkA＋mgh＝EkB
表二
△h/m vA vB EkA+EpA
EkB
1 2 3 4
结论： 在误差允许的范围内，物体在自由下落的过程中， 动能和重力势能之和保持不变。
5.释放纸带时应注意什么问题？ 释放纸带前，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，纸带要在竖 直方向上，确保重物由静止释放。
1.自由下落的物体，动能和势能可以相互转化， 且动能和重力势能之和不变。 2.由于摩擦阻力不可避免，所以动能的增加量实 际上略小于重力势能的减小量。 3.实验应先接通电源后释放纸带。 4.该实验也可以用气垫导轨来验证。
【误差分析】 (1)多次测量长度，减少偶然误差。 (2)实际上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Δ Ek必定稍小于重力势能的减少量Δ EP， 这属于系统误差。
问题与讨论 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， 应选用重一点的重物。
3.在“验证机械能的转化和守恒"的实验中,已知打点计时 器所用电源的频率为50Hz ,查得当地的重力加速度g= 9.80m/s2 , 测得所用的重物的质量为1.00kg,实验运用公式 mv2/2=mgh时,从几条打上点的纸带中挑选第一第二点间的距 离接近___2___mm并且点迹清楚的纸带（如图所示）进行测 量，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 19.63cm,23.74cm、28.22cm、33.12cm。根据以上数据，可 知重物由O点运动到B点，重力势能的减少量等于_2_._3_3_J，动 能的增加量等于__2_._3_1__J(取3位有效数字)。
5.下列关于“验证机械能的转化和守恒”的 实验误差的说法中，正确的是（ B ） A.重物的质量测量不准会产生误差 B.重物的质量大一些,有利于减小误差 C.重物的质量小一些,有利于减小误差 D.先释放重物,后接通电源会造成较大误差
不能把希望叫做白日做梦， 也不能把白日之梦叫做希望。
数据处理：（方法一） 在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二
两点间距离约为2mm”的一条纸带，记下第一个点 的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个 连续的点1、2、3……并用刻度尺依次测出各点到 位置O的距离，这些距离就是物体运动到点1、2、 3……时下落的高度h1、h2、h3……就可求出重力势 能的减少量，计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、 v3……即可求出该点的动能。
1.在“验证机械能转化与守恒”的实验中，下列 操作正确的是( C ) A．先释放重物，后接通电源 B．用秒表测量重物下落的时间 C．打完一条纸带后，立即切断电源 D．选用重锤后要称质量
2.在“验证机械能的转化和守恒”的实验中，已知打点计 时器所用的电源的频率为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 势能的减少量等于__7_._6_2_焦，动能的增加量等于__7_._5_7_焦。 (取3位有效数字)
mgh

1 2
mvB2

1 2
mvA2
要判断上式是否成立，需要测量哪些物理量？
如何测量这些物理量？
需 要 测 量： 所选参考点A及B点的速度、各点到参考点A的距离。
h
A
B
实验器材
打点
测量这些物理量，需要哪些
器材？
重物、打点计时器、wenku.baidu.com带、
交流电源、铁架台、夹子、
毫米刻度尺
实验步骤： ①按照如上图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，使重 物尽量靠近打点计时器。 ③接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带。 ④及时切断电源，取下纸带，标上纸带号。 ⑤更换纸带，重复以上步骤，实验三次。 ⑥整理器材，使器材复位。
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
时器要固定在铁架台上，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。
4.实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？ 先接通电源，再释放纸带。
由①②两式得：
v2
减少的重力势能等于增加的动能。
推 导 过 程
A
B h1 h2
【实验原理】
（1） 在自由落体运动中，物体的重力势能和动能
可以相互转化。设物体的质量为m，下落距离为h时
物体的瞬时速度为v，则物体的重力势能减少了
mgh，动能增加了 1 mv2，故有 mgh＝ 1 mv2。
2
2
（2）在纸带上任意选取一点A作为参考点，计算 出打该点时重物的动能，在纸带上再选一点B， 计算出B点的动能和重力势能之和，然后和A点的 相比较。
4.在“机械能的转化和守恒”实验中，要验证重锤下落时 重力势能的减少量等于它动能的增加量，以下步骤仅是实 验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有( ABE ) A．用天平称出重锤的质量 B．把电火花计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压 交流电源连接起来 C．把纸带的一端固定到重锤上，另一端穿过电火花计时器 的限位孔，把重锤提升到一定的高度 D．接通电源，释放纸带 E．用秒表测出重锤下落的时间
第3节 能量守恒定律
第1课时 实验：探究动能与重力势能 的转化和守恒
在上、下坡的 山路上骑自行 车，动能和势 能均发生变化。
物体的动能和重力势能可以相互转化， 那么动能和重力势能之和将会怎样变化呢? 本节课我们通过实验来验证这个问题。
1.通过生活中的实例，体会在一定的条件下，动 能与势能是可以相互转化的，让学生了解到物理 规律源于生产、生活实践。 2.探究动能与重力势能的转化与守恒。(重点) 3.理解实验原理、掌握实验方法，培养学生收集 数据、分析论证的能力。 4.会处理实验所得到的数据并得出正确结论。