七、验证机械能守恒定律
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。
实验验证机械能守恒
①对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_A__B_____． A．重物选用质量和密度较大的金属锤 B．两限位孔在同一竖直面内上下对正 C．精确测量出重物的质量 D．用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物
(4)大多数的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因_C___． A．利用公式v＝gt计算重物速度 B．利用公式v＝ 计算重物速度 C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法
(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量 它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2—h图象，并做如下 判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒．请你分析论证
②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到 了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示，纸带上各点是打点 计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点．重物下落高度应从纸带上计时 点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有__B_C_____．
●注意事项
1．打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一
竖直平面内以减少摩擦阻力．
2．重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．
3．一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下
落．
4．测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝
vn＝
或vn＝gt来计算.
②利用纸带数据，根据 mgh＝12mv2 即可验证机械能守恒定 律．要从纸带上测出重物下落的高度并计算出对应的速度，选项 A、 D 的条件中，下落高度与所能计算的速度不对应；选项 B 的条件符 合要求，可以取重物下落 OC 时处理；选项 C 中，可以求出 C、F 点的瞬时速度，又知 C、F 间的距离，可以利用12mv22－12mv21＝mgΔh 验证机械能守恒定律．
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)．。
实验七 验证机械能守恒定律
实验七 验证机械能守恒定律1．实验目的验证机械能守恒定律。
2．实验原理(如图1所示) 通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。
图13．实验器材打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线。
4．实验步骤(1)安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相连。
(2)打纸带 用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再释放纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5条)纸带。
(3)选纸带：分两种情况说明①若选第1点O 到下落到某一点的过程，即用mgh ＝12m v 2来验证，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离接近2__mm 的纸带(电源频率为50 Hz)。
②用12m v 2B －12m v 2A ＝mgh AB 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即可。
5．实验结论 在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒。
1．误差分析(1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从O 点量起，一次将所打各点对应重物下落高度测量完，二是多测几次取平均值。
(2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔE k ＝12m v 2n 必定稍小于重力势能的减少量ΔE p ＝mgh n ，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力。
2．注意事项(1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力。
(2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。
(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后释放纸带让重物下落。
(4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用v n ＝h n ＋1－h n －12T，不能用v n ＝2gh n 或v n ＝gt 来计算。
实验七 验证机械能守恒定律
实验验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律。
实验方案1研究自由下落物体的机械能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互相转化，但总的机械能保持不变。
若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为12m v2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。
2．速度的测量：做匀变速直线运动的物体某段位移中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速度。
计算打第n点速度的方法：测出第n点与相邻前后点间的距离x n和x n＋1，由公式v n＝x n＋x n＋12T计算，或测出第n－1点和第n＋1点与起始点的距离h n－1和h n＋1，由公式v n＝h n＋1－h n－12T算出，如图所示。
铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)。
1．安装置：如图所示，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 v2n＝mgh n验证时，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离接近2 mm的纸带。
若第1、2两点间的距离大于2 mm，则可能是由于先释放纸带后接通电源造成的。
这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。
(2)用12m v2B－12m v2A＝mgΔh验证时，处理纸带时不必从起始点开始计算重力势能的大小，这样，纸带上打出的起始点O后的第一个0.02 s内的位移是否接近2 mm，以及第一个点是否清晰也就无关紧要了，实验打出的任何一条纸带，只要后面的点迹清晰，都可以用来验证机械能守恒定律。
1．测量、计算在起始点标上0，在以后各计数点依次标上1、2、3…，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3…。
第七章 机械能守恒定律第9节实验：验证机械能守恒定律
科目教材版本章节（课题）主备人使用人物理人教版必修2第七章机械能守恒定律第9节实验：验证机械能守恒定律授课班级授课时间应到人数实到人数教学目标知识与技能1.要弄清实验目的，本实验为验证性实验，目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律.2.要明确实验原理，掌握实验的操作方法与技巧、学会实验数据的采集与处理，能够进行实验误差的分析，从而使我们对机械能守恒定律的认识，不止停留在理论的推导上，而且还能够通过亲自操作和实际观测，从感性上增加认识，深化对机械能守恒定律的理解.3.通过学生自主学习，培养学生设计实验、采集数据，处理数据及实验误差分析的能力.过程与方法1.要明确纸带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法.2.通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧.3.通过对纸带的处理过程，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法.4.通过实验过程使学生体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑.情感态度与价值观1.通过实验及误差分析，培养学生实事求是的科学态度，激发学生对物理规律的探知欲.2.培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的见解.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.导入新课请同学们思考，细绳的下端拴一个重球，上端固定在天花板上.把重球从平衡位置B拉到A，放开手，重球就在A、B间往复运动，如果空气阻力可以忽略不计，把铅笔放在B1的位置上，重球将沿怎样的弧线运动？它上升的最高点C1在什么地方？由此同学们得到什么启示？自主学习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.问题：1.机械能守恒定律的条件是什么？2.要验证机械能守恒应该创设什么样的问题情景？3.回顾以前学过的运动，哪种运动形式符合验证机械能守恒定律的条件？ 学生通过讨论，总结：1.机械能守恒定律的条件是：物体系统只有重力或弹力做功.2.要验证机械能守恒定律，应该符合守恒条件：只有重力或弹力做功.3.自由落体运动只受重力，符合验证条件.这节课我们通过设计实验，通过探究自由落体过程中能量的变化来验证机械能守恒定律. 指导学生阅读课本内容，找出利用自由落体运动验证机械能守恒定律的方法,培养学生的阅读、总结表达能力.方法总结：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，总的机械能守恒，验证机械能守恒定律只需验证减少的重力势能等于增加的动能即可.问题探究：让学生分组讨论、交流，要完成本实验，应该测量的量有哪些,如何测量,并提出解决方案.明确：测量物体自由下落过程中减少的势能.方法：测量物体的质量m 、下降的高度Δh ，利用重力势能的公式计算ΔE p =mgΔh;测量自由落体下降Δh 时的速度v,利用动能的公式计算ΔE k =mv 2/2,利用打点计时器处理纸带的方法来求解速度.方法补充：如何利用纸带求解瞬时速度?指导学生根据匀变速直线运动的运动学规律，推导瞬时速度的求解方法. 学生通过阅读教材，总结推导过程，教师通过大屏幕投影学生的推导过程： 如图所示，由于纸带做匀加速运动，故有A 、C 之间的平均速度：2CA AC v v v +=.根据速度公式有：v B =v A +aΔt ，v C =v B +aΔt ， 故有：v B -v A =v C -v B ， 即v B =2CA v v +. 从而：vB =AC v .总结：匀变速直线运动中，某点的瞬时速度等于以该点为时间中点的两点间的平均速度. 解决方案：利用电火花计时器打出纸带，通过处理纸带，既可以求出物体下降的高度，还可以求出某一瞬时的速度，因此电火花计时器是重要的实验仪器.原理探究：通过实验，求自由落体的重力势能减少量和相应过程动能的增加量.若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律.而且，因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量m ，而只需验证221n v =gh n 就行了，如果要具体计算出重力势能或动能的数值就需要天平.总结：指导学生根据实验原理，写出本实验用到的实验器材: ①电火花计时器（或电磁打点计时器）；②重物（质量300 g±3 g ）及纸带；③铁架台、夹子、烧瓶夹；④电源.问题预测:在本实验操作的具体过程中会遇到哪些问题？通过该问题的设置，学生对实验中可能遇到的问题进行预测，并提出相应的解决方法.1.重物下落的过程中除受重力外，还受到哪些阻力？怎样减小这些阻力对实验的影响?2.重物下落时最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置?3.本实验中用的重锤，质量大一些好还是小一些好？为什么？4.质量是否为本实验必须测量的量? 参考答案：1.重物下落的过程中，除受重力外，还要受空气阻力和打点计时器给纸带的摩擦力.安装打点计时器时注意保持竖直，重物要选择质量大一些的.2.为减小测量高度h 值的相对误差，选取的各计数点要离起始点远一些.要从起始点开始测量出h 1、h 2，再求出Δh=h 2-h 1.3.锤应该选择质量大一些，体积小一些的，可以有效地减小空气阻力的影响.4.质量并非必须测量的量，在需要计算具体的能量数值时，需要天平.步骤整理：教师指导学生根据实验原理、各种器材的注意事项，总结归纳实验步骤：(1)如图所示，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器；打点计时器的两根导线接在6伏交流电源上.(2)用手提着纸带，让重物靠近打点计时器静止，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列点.(3)重复几次，从几条打下点的纸带中挑选第一、二点间距离接近2mm 且点迹清楚的纸带进行测量，测出一系列计数点,各点到第一个点的距离d 1、d 2，d 3,……,d n-1,d n ,d n+1,……据公式v n =Td d n n 211-+-，计算物体在打下点1、2……时的即时速度v 1、v 2……计算相应的动能的增加值,填入事先设计好的表格.教师点拨：选第1、2点间距约2 mm 的纸带意味着纸带是在打第一个点的瞬时开始运动的，根据h=gT 2/2=9.8×0.022/2 m=1.961 0-3 m≈2 mm.在起始点标上0，用刻度尺测量纸带从点0到点1、2……之间的距离h 1、h 2……计算出相应减少的重力势能,填入事先设计好的表格. 处理数据，得出结论. 参考数据： 各计数点 4 5 6 7 8 9 10 t(s) 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 h×(10-2 m) 2.92 4.62 6.70 9.18 12.03 15.28 18.92 v=Δh/Δt(m/s) 0.945 1.14 1.33 1.53 1.72 ΔE k =mv 2/2 0.134 0.195 0.265 0.351 0.444 ΔE p =mgh0.1360.1970.2700.3540.450实验结论：在误差允许的范围内，物体减少的重力势能等于增加的动能，机械能守恒. 学生分组实验，并处理数据，教师利用实物投影仪展示几组数据，并进行点评. 师生根据实际实验中的体会，总结实验注意事项：1.打点计时器安装时，必须使两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，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点.3.选用纸带时应尽量挑选第一、二点间接运2 mm 的纸带.4.打点计时器必须接50 Hz 交流低压电源.5.测量下落高度时，必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量h 值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60 cm —80 cm 之内.6.实验中，只要验证gh 是否等于21v 2即可，也可不用测重锤的质量. 误差分析：教师指导学生观察表格中的数据，减少的重力势能并不是严格地等于增加的动能，而是稍大于增加的动能，让学生思考其中的原因，并总结归纳.原因：重物和纸带下落过程中要克服阻力，包括空气阻力、纸带与限孔位及纸带与计时器之间的摩擦力.由于摩擦力的存在，减少的重力势能并没有全部转化为动能，有一部分转化为内能.计时器平面不在竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因.电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器.交流电的频率f 不是50 Hz 也带来误差.f ＜50 Hz,使动能E k ＜E p 的误差进一步加大，f ＞50 Hz 则可能出现E k ＞E p 的结果.因此为了实验的精确性，应该严格按照实验步骤进行.例题在用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，得到如图所示的一条纸带.起始点O 到A 、B 、C 、D 、E 各点的距离分别h A 、h B 、h C 、h D 、h E .如果重物的质量为m ，打点计时器所用电源的频率为f ，则在打B 、D 两点时，重物的速度v B =__________，v D =__________.如果选择起始点的位置为零势能参考点，则在打B 、D 两点时重物的机械能E B =__________，E D =__________，若E B __________E D ，则说明重物在下落过程中机械能守恒. 解析：根据纸带上瞬时速度的计算方法，得v B =22AC A C h h T h h -=-·f, vD =22CE C E h h T h h -=-·f ， 打B 点时，重物的动能和重力势能分别为：E kB =2222)(81)2(2121A C A C B h h mf f h h m mv -=•-=, E pB =-mgh B .此时重物的机械能E B =E kB +E pB =81mf 2(h C -h A )2-mgh B .同理E kD =81212 D mv mf 2（h E -h C )2,E pD =-mgh D ,E D =81mf 2(h E -h C )2-mgh D . 如果E B =E D ，则说明重物在下落过程中机械能守恒.方法总结：实际上，重物拖着纸带在下落过程中，受到阻力作用，机械能在不断减小，故有E B >E D .又因为在初始点时重物的机械能为0，所以有0>E B >E D ,21mv B 2-mgh B <0,221D mv-mgh D <0,说明重物在实际下落过程中，重力势能的减少量大于动能的增加量.检测反馈（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电键、天平.其中不必要的器材有： ________________；缺少的器材是________________________________.（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v 2/2为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出的图线应是________________，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于_______________的数值. （3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图所示，其中A 点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点.现测得两相邻计数点之间的距离分别为s 1、s 2、s 3、s 4、s 5、s 6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T.根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____________.在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为____________.要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第_________号计数点之间的过程为研究对象.（4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6 V 、50 Hz 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9.8 m/s 2.若重锤质量为1 kg.①打点计时器打出B 点时，重锤下落的速度v B =__________m/s ，重锤的动能E kB =_________J. ②从开始下落算起，打点计时器打B 点时，重锤的重力势能减少量为____________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____________________________________. 参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平.缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺（2）通过原点的直线 g （3）（s 6+ s 5+ s 4- s 3- s 2-s 1）/9T 2 （s 5+s 6）/2T 1 5 （4）①1.175 0.69 ②0.69 ③机械能守恒 思维拓展处理纸带的时候速度能不能用v=gh 2或v=gt 计算？参考解答：v=gh 2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.v=gt 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 ，故这种方法也不能用.课堂小结本节课主要学习了：1.实验目的：用自由落体运动验证机械能守恒.2.纸带的选取及重物速度的测量方法.3.实验的误差来源及注意事项.布置作业1.教材“问题与练习”第1、2题.2.自己设计方案,验证机械能守恒,自由选择实验仪器,写出操作步骤及实验报告.教学反思验证机械能守恒定律是在学习了机械能守恒定律之后进行的一节实验课，目的在于学习物理规律之后进行，验证物理规律的正确性，巩固和加深对物理规律的理解.本节仍然采用了不给步骤给思路，同时进行难点提示的写法，这给教师在实际教学中很大的教学空间.本实验虽然是个验证性实验，但本教学设计突破思维习惯，采用由学生自主提出、验证方法、验证原理、验证步骤及方案的方法，渗透探究型实验的思想.因此，本教学设计注重了在过程中培养学生的科学素养.通过积极的创造性活动，使学生参与并体验了设计方案形成的思维过程，从中体会实验设计的乐趣和艰辛，感悟了科学实验的本质和价值，从而使学生形成科学的情感态度与价值观.本教学设计主要讲解机械能守恒定律的推导，没有大量讲解例题，重点放在机械能守恒定律的含义要讲透，这对下一节的应用课有很大帮助.渗透了能量在物理学习中的重要地位，这是物理力学知识的核心所在.。
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。
第五章实验七验证机械能守恒定律-2025年高考物理一轮复习PPT课件
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解析：(1)由实验原理 mgh＝12mv22－12mv21，可得 gh＝12v22－12v21，可知不需要测量重锤 的质量，A、B 错误；实验时需要用刻度尺测量纸带上各点的距离，需要用到毫米刻度尺， C 正确；打点计时器有计时功能，不需要停表，D 错误．
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C 点的动能 EkC＝12mv2C＝12×200×10－3×2.4132 J＝0.582 J 由实验结果可知：EkC 大于|ΔEp| 打点计时器的工作电压偏高，并不会影响重物与纸带的受力与运动，对实验结果无影 响，故 A 错误；重物与纸带下落过程中受到空气阻力和摩擦力，会损失机械能，所以减少 的重力势能应大于增加的动能，与实验结果不符，故 B 错误；接通电源前释放了纸带，会 使打下第一个点时重物已经具有了速度，即重物的初速度大于零，则使末动能偏大，符合 实验结果，故 C 正确．
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变式 某同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，实验中打出如图乙所示的 纸带，已知打点计时器所用交流电源的频率为 50 Hz.
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(1)下列关于该实验的说法正确的是__A__C____． A．纸带必须尽量保持沿竖直方向以减小摩擦阻力作用 B．为了验证机械能守恒定律，必须选择纸带上打出的第一个点作为起点 C．将电磁打点计时器改成电火花计时器可以减小纸带和打点计时器间的摩擦 D．选择较轻的物体作为重物时实验效果更好 (2)图乙为实验中打出的一条纸带，打下 C 点时重物的速度为___2_._2_6__m/s(结果保留 3 位有效数字)．
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原型实验 创新改进
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高中物理五大实验类型实验总结
高中物理五大实验类型实验总结相较于比较抽象、“高深”的定理推论，物理实验更注重与现实生活相结合的知识及同学们的动手能力。
所以物理实验显得尤为重要。
如何才能学好物理呢?小编在这里整理了相关资料，快来学习学习吧!高中物理五大实验类型验证性实验一、验证力的平等四边形定则1.目的：验证平行四边形法则。
2.器材：方木板一个、白纸一张、弹簧秤两个、橡皮条一根、细绳套两个、三角板、刻度尺,图钉几个。
3.主要测量：a.用两个测力计拉细绳套使橡皮条伸长，绳的结点到达某点O。
结点O的位置。
记录两测力计的示数F1、F2。
两测力计所示拉力的方向。
b.用一个测力计重新将结点拉到O点。
记录：弹簧秤的拉力大小F及方向。
4.作图：刻度尺、三角板5.减小误差的方法:a.测力计使用前要校准零点。
b.方木板应水平放置。
c.弹簧伸长方向和所测拉力方向应一致,并与木板平行.d.两个分力和合力都应尽可能大些.e.拉橡皮条的细线要长些,标记两条细线方向的两点要尽可能远些.f.两个分力间的夹角不宜过大或过小,一般取600---1200为宜二、验证动量守恒定律原理：两小球在水平方向发生正碰,水平方向合外力为零,动量守恒。
m1v1=m1v1/+m2v2/本实验在误差允许的范围内验证上式成立。
两小球碰撞后均作平抛运动,用水平射程间接表示小球平抛的初速度：OP-----m1以v1平抛时的水平射程OM----m1以v1’平抛时的水平射程O‘N-----m2以V2’ 平抛时的水平射程验证的表达式：m1OP=m1OM+m2O/N1.实验仪器：斜槽、重锤、白纸、复写纸、米尺、入射小球、被碰小球、游标卡尺、刻度尺、圆规、天平。
2.实验条件：a.入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1 >m2)b.入射球半径等于被碰球半径c.入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滑下。
d.斜槽未端的切线方向水平e.两球碰撞时，球心等高或在同一水平线上3.主要测量量：a.用天平测两球质量m1、m2b.用游标卡尺测两球的直径，并计算半径。
2023年人教版高中物理复习实验抢分专练(七)验证机械能守恒定律
实验抢分专练(七) 验证机械能守恒定律(建议用时40分钟)1．采用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。
(1)若下落重物的质量用m 表示，在本实验中是否必须对该质量m 进行测量？________(选填“是”或“否”)；(2)若实验中打出的部分纸带如图2所示，选取纸带上的连续三个点A 、B 、C ，测出A 、B 、C 三点到起始点O 的距离分别为s 1、s 2、s 3。
若已知当地重力加速度为g ，连接打点计时器的交流电源频率为f ，则从起始点O 到打下B 点的过程中，重物的重力势能减少量ΔE p ＝__________，重物的动能增加量ΔE k ＝________________。
(用题给物理量符号表示)(3)本实验中，由于纸带所受摩擦力以及空气阻力等影响，重物的重力势能减少量ΔE p ，与动能增加量ΔE k 的关系是：ΔE p ______________(选填“＞”“＝”或“＜”)ΔE k 。
【解析】(1)验证机械能守恒定律，即验证重物的重力势能减少量mgh 和重物动能增加量12 mv 2是否相等，左右两侧的重物质量m 可以约去，不需要测量；(2)从起始点O 开始到打下B 点的过程中，重力势能的减小量ΔE p ＝mgs 2，打下B 点时，重物的速度v＝s AC 2T ＝（s 3－s 1）f 2 ，重物动能的增加量为ΔE k ＝12 mv 2＝mf 2（s 3－s 1）28； (3)由于纸带受摩擦力以及空气阻力的影响，重物需要克服阻力做功，能量损失，所以重物重力势能的减少量ΔE p 要大于重物动能的增加量为ΔE k 。
答案：(1)否 (2)mgs 2 mf 2（s 3－s 1）28(3)＞2．某实验小组利用如图甲所示的装置验证小球在斜槽上运动过程中机械能是否守恒，具体操作如下：让小球多次从斜槽上距离桌面h 高处由静止释放，小球沿斜槽下滑，记录小球的平抛轨迹，如图乙所示为平抛运动的部分轨迹。
已知重力加速度为g ，则小球的初速度v 0的表达式为______________，验证机械能守恒的表达式为____________(用已知量和图中测出的量表示)，请写出至少两条减少实验误差的办法：_______________________________________。
7.9实验：验证机械能守恒定律
12.41cm 18.90cm
B
27.06cm
C
OA=12.41cm，OB=18.90cm，OC=27.06cm, 在 计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的 质量为1.00kg。请根据以上数据算出：当打点 计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时 减少了_______J;重锤的动能比开始下落时增加 1.85 了__________J。（结果均保留三位有效数字） 1.68
A B d1 C d2 d3 D d4 E F G d6 H
d5
d7
6.江苏省扬州中学2010届上学期期中考试11 11.某实验小组在验证机械能守恒定律实验中: (1)选出一条纸带如图所示，其中O点为打点计时 器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，在 计数点A和B、B和C之间还各有一个点 ，测得 h1=12.01cm，h2=19.15cm，h3=27.86cm．已知重 锤质量为0.5kg，打点计时器的工作电流频率为 50Hz，当地的重力加速度g＝9.80m/s2．由以上数 据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势 能比开始下落时减少了 0.94 J，此时重锤的动能 比开始下落时增加了 0.98 J（计算结果保留两位 A B C 有效数字）.从计算结果可知, O h1 h 该实验小组在做实验时出现 2 h3 问题的可能原因是 实验时先释放 ． 纸带,然后再接通打点计时器的电源
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。
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。
（完整版）验证机械能守恒定律
（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。
2025高考物理备考复习教案 第六章 实验七 验证机械能守恒定律
值为1 mm的刻度尺测得OA＝12.41 cm，OB＝18.90 cm，OC＝27.06 cm，在
计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1.00 kg.根据以上数据算
出：当打点计时器打下B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了
.
由 题 图 2 可 知 ， 当 l ＝ l2 时 ， 遮 光
条挡光时间最短，此时物块通过光电门时的
速 度 最 大 ， 可 得 l2 ＝
1
， mgl2 ＝ k 22
2
1
2
mmax
，联立可得vmax＝
2
＋
2 ，此时细线的
拉力与物块的重力大小相等、方向相反，故
而物块加速度大小为0.
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摩擦阻力 .
(2)重物应选用质量大、体积小的.
(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后释放纸带让重物下落.
ℎ+1 −ℎ−1
(4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝
，不能用vn＝
2
2ℎ 或vn＝gt来计算.
(5)此实验中不需要测量重物的质量.
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实验七
验证机械能守恒定律
2
2
图像若能在误差允许的范围内满足
1
＝2
2 2
l ＋ 2 l，即可验证弹簧和小物块组成的
2
系统机械能守恒.
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实验七
验证机械能守恒定律
(2)在(1)中条件下，l取某个值时，可以使物块通过光电门时的速度最大，速度最大
值为
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讲义(含解析)新人教版必修2-新人
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X 围内gh n ＝12v n 2，则机械能守恒定律得到验证。
20172018学年人教版必修2教案：第七章机械能守恒定律第9节实验验证机械能守恒定律
9．实验：验证机械能守恒定律三维目标知识与技能1．要弄清实验目的，本实验为验证性实验，目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律；2．要明确实验原理，掌握实验的操作方法与技巧、学会实验数据的采集与处理，能够进行实验误差的分析，从而使我们对机械能守恒定律的认识，不止停留在理论的推导上，而且还能够通过亲自操作和实际观测，从感性上增加认识，深化对机械能守恒定律的理解；3．要明确纸带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法。
过程与方法1．通过学生自主学习，培养学生设计实验、采集数据，处理数据及实验误差分析的能力；2．通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧；3．通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法；4．通过实验过程使学生体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑。
情感态度与价值观1．通过实验及误差分析，培养学生实事求是的科学态度，激发学生对物理规律的探知欲；2．使学生通过实验体会成功的乐趣与成就感，激发对物理世界的求知欲；3．培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的见解。
教学重点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。
教学方法预习设计──实验观察──数据处理──归纳总结。
教师启发、引导，学生自主阅读、思考，亲自动手实验，并讨论、交流学习成果。
教学用具电火花计时器（或电磁打点计时器）；重物（质量300g±3g）及纸带；天平（秤量大于300g ）及砝码；铁架台、复夹、烧瓶夹；电源。
教学过程 ［新课导入］上节课我们从理论上学习了机械能守恒定律，我们从定律内容及守恒条件上初步理解了机械能守恒定律，这一节将通过实验来研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，从而验证机械能守恒定律。
［新课教学］ 【实验目的】利用重物自由下落的现象验证机械能守恒定律。
【实验方法】重物的质量用天平测出（本实验也可以不测重物的质量），纸带上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就能得到重物下落过程中势能的变化。
实验 验证机械能守恒定律
实验七 验证机械能守恒定律一、实验目的1．掌握验证机械能守恒定律的方法。
2．会用计算法或图象法处理实验数据。
二、实验原理在自由落体运动中，物体的__重力势能__和__动能__可以互相转化，但总机械能守恒。
方法1：若某一时刻物体下落的瞬时速度为v ，下落高度为h ，则应为：mgh ＝__12m v 2__，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，实验装置如图所示。
方法2：任意找两点A 、B ，分别测出两点的速度大小v A 、v B 以及两点之间的距离d 。
若物体的机械能守恒，应有ΔE p ＝ΔE k 。
测定第n 点的瞬时速度的方法是：测出第n 点的相邻前、后两段相等时间T 内下落的距离x n 和x n ＋1，由公式v n ＝x n ＋x n ＋12T ，或由v n ＝d n ＋1－d n －12T算出。
三、实验器材 铁架台(带铁夹)，打点计时器，重锤(带纸带夹子)，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻度尺。
除了上述器材外，还必须有学生电源(交流4～6 V)。
四、实验步骤1．按方法1把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。
2．把纸带的一端和重锤用夹子固定好，另一端穿过打点计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。
3．__接通电源__，__松开纸带__，让重锤自由下落。
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第一、二两点间的距离接近2 mm ，且点迹清晰的一条纸带，在起始点标上0，以后各点依次标1、2、3……用刻度尺测出对应下落高度h 1、h 2、h 3……。
6．应用公式v n ＝h n ＋1－h n －12T计算各点对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3……。
7．计算各点对应的势能减少量mgh 和动能的增加量12m v 2，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。
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七、验证机械能守恒定律
28．（08年全国I）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，则需要测量的物理量有（在答题卡上对应区域填入选项前的编号）
①物块的质量m1、m2；
②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；
③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；
④绳子的长度.
（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：
①绳的质量要轻：
②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；
③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；
④两个物块的质量之差要尽可能小.
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是。
（在答题卡上对应区域填入选项前的编号）
（3）写出一条上面没有提到的提高实验结果准确程度有益的建议：
.
29．（08年江苏）某同学利用如图所示的实验装置验
证机械能守恒定律.弧形轨道末端水平，离地面的高度为H,
将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道
末端的水平距离为s.
(1)若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2= ▲ (用
H、h表示).
H(10－1m) 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
s2(10－1m2) 2.62 3.89 5.20 6.53 7.78
请在坐标纸上作出s2—h关系图.
(3)对比实验结果与理论计算得到的s2—h关系图线(图中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率▲(填“小于”或“大于”)
(4)从s2—h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是▲。
11.参考答案：
(1)4Hh(2)(见右图)
(2)小于
(4)摩擦，转动（回答任一即可）。