第8章 5 实验：验证机械能守恒定律&第8章 机械能守恒定律 本章知识网络构建（课件PPT）-【金榜题名】2025-2026学年高一物理必修第二册同步学案（人教版）
|
2份
|
57页
|
104人阅读
|
6人下载
教辅
摘要：
该高中物理课件聚焦“验证机械能守恒定律”实验，从明确原理出发，结合重力、运动速度等前期知识，通过打点计时器、纸带、重物等实验装置及高度差、速度计算等数据处理搭建学习支架，连接理论与实验操作。
其亮点在于以科学探究为主线，通过实验装置示意图、纸带数据标注引导学生设计实验、处理数据，培养科学探究能力，结合典题精析和随堂演练强化科学推理与模型建构，误差分析（摩擦阻力）渗透科学态度。采用探究式教学，助力学生提升实验技能，教师使用可系统落实教学目标。
内容正文：
第八章 机械能守恒定律
5 实验：验证机械能守恒定律
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
目录
contents
Part 01 明确原理 提炼方法
Part 02 精析典题 提升能力
Part 04 课时作业
Part 03 随堂演练 逐点落实
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
明确原理 提炼方法
返回导航
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
重力
支持力
支持力
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
mgh1－mgh2
高度差
运动速度
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
打点计时器
纸带
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
摩擦阻力
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
竖直
大
增大
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
不需要
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
小
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
精析典题 提升能力
返回导航
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
随堂演练 逐点落实
返回导航
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
谢谢观看
第八章 机械能守恒定律
返回导航
1
1．明确验证机械能守恒定律的基本思路并能进行相关量的测量。
2．能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因。
一、实验思路
1．自由下落的物体只受到____作用，满足机械能守恒的条件。
2.物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的______，但______与物体位移方向垂直(如图)，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。
二、物理量的测量及数据分析
只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化。
(1)要验证的表达式：eq \f(1,2)mv22＋mgh2＝________________或：eq \f(1,2)mv22－eq \f(1,2)mv12＝____________。
(2)所需测量的物理量：物体所处两位置之间的______，及物体的________。
eq \f(1,2)mv12＋mgh1
三、参考案例
案例1 研究自由下落物体的机械能
1．实验器材
铁架台(带铁夹)、__________、重物(带夹子)、____、复写纸(或墨粉盘)、导线、毫米刻度尺、交流电源。
2．实验步骤
(1)安装装置：按图甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。
(2)打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，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。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到3～5条打好点的纸带。
(3)选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量两位置之间的距离Δh及两位置时的速度，代入表达式进行验证。
3．数据处理
(1)计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式vn＝eq \f(hn＋1－hn－1,2T)，计算出某一点的瞬时速度vn。
(2)机械能守恒定律的验证
方法一：利用起始点和第n点。
选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内mghn＝eq \f(1,2)mvn2，则机械能守恒定律得到验证。
方法二：任取两点A、B。
如果在实验误差允许范围内mghAB＝eq \f(1,2)mvB2－eq \f(1,2)mvA2，则机械守恒定律得到验证。
方法三：图像法(如图所示)。
若在实验误差允许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。
4．误差分析
本实验的误差主要是由纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的________引起的系统误差。
5．实验注意事项
(1)打点计时器安装时，要使两限位孔的中线在同一____线上，以减小摩擦阻力。
(2)应选用质量和密度较__的重物。____密度可以减小体积，可使空气阻力的影响相对减小。
(3)实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。
(4)本实验中的几种验证方法均______(填“需要”或“不需要”)测重物的质量m。
(5)速度不能用v＝gt或v＝eq \r(2gh)计算，应根据纸带上测得的数据，利用vn＝eq \f(hn＋1－hn－1,2T)计算瞬时速度。
案例2 研究沿斜面下滑物体的机械能
1．实验器材
气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。
2．实验装置
如图所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。
3．实验测量及数据处理
(1)测量两光电门之间的高度差Δh；
(2)滑块经过两光电门时遮光条遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。
若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝
_____，v2＝_____；
(3)若在实验误差允许范围内满足：mgΔh＝eq \f(1,2)mv22－eq \f(1,2)mv12，则验证了机械能守恒定律。
eq \f(ΔL,Δt1)
eq \f(ΔL,Δt2)
4．误差分析
两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越__，误差越小。
一、实验原理与操作
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、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．毫米刻度尺
B．秒表
C．0～12 V的直流电源
D．4～6 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．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带，再更换纸带重复多次
D．测量纸带上某些点间的距离
E．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)。
【答案】 (1)AD (2)B
(3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用毫米刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差；交流电源频率不稳定
二、实验数据的处理
某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz。打出纸带的一部分如图(b)所示。
该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他条件进行推算。
(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度的大小为________。
(2)已测得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；当地重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为________Hz。
【解析】 (1)匀变速直线运动中，某一段位移的平均速度等于中间时刻的瞬时速度：
vB＝eq \f(s1＋s2,2T)＝eq \f(1,2)(s1＋s2)f，
同理vC＝eq \f(1,2)(s2＋s3)f，
加速度a＝eq \f(vC－vB,T)＝eq \f(1,2)(s3－s1)f2。
(2)由牛顿第二定律可知：
mg－0.01mg＝ma①
a＝0.99g
又由(1)问知：a＝eq \f(（s3－s1）f2,2)②
①②联立得f＝40 Hz
【答案】 (1)eq \f(（s1＋s2）f,2) eq \f(（s2＋s3）f,2) eq \f(（s3－s1）f2,2) (2)40
三、实验拓展创新
利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动。
(1)滑块通过B点的瞬时速度可表示为________；
(2)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒。
【解析】 (1)由于遮光片的宽度b很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度，滑块通过光电门B的速度为vB＝eq \f(b,t)。
(2)滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量为：ΔEk＝eq \f(1,2)(M＋m)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,t)))
eq \s\up12(2)＝eq \f(（m＋M）b2,2t2)；系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝mgd－Mgdsin 30°＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m－\f(M,2)))gd。
【答案】 (1)eq \f(b,t) (2)eq \f(（m＋M）b2,2t2)；eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m－\f(M,2)))gd
1．“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图示的甲或乙方案来进行。
(1)比较这两种方案，________(填“甲”或“乙”)方案好些。
(2)在“验证机械能守恒定律”的实验中，直接测量的物理量是________。
A．重力加速度
B．重物下落的高度
C．重物下落的瞬时速度
D．重物下落的平均速度
(3)在进行“验证机械能守恒定律”的实验时，应________。
A．先释放纸带，再接通电源
B．用手托住重物由静止释放
C．根据v＝gt计算重物在t时刻的速度
D．使重物下落的起始位置靠近打点计时器
【解析】 (1)甲方案摩擦阻力小，误差小，而且方便操作，所用实验器材少，所以甲方案好些。
(2)验证机械能守恒的实验，重力势能减少量等于动能的增加量，所以重力加速度是已知的，无需测量，A错误；
实验要计算重力势能的减少量，所以需要测量物体下落的高度，B正确；
本实验下落的瞬时速度是根据纸带处理得到，无法直接测量，而平均速度本实验用不到，C、D错误。
(3)根据实验操作，接通电源待打点稳定后，再释放纸带，A错误；释放时，纸带应竖直，减少与限位孔的摩擦，所以释放时，应按图中所示，B错误；因为要验证机械能守恒，所以速度需根据实际的纸带计算，而不能用自由落体公式计算，因为自由落体运动只受重力，机械能一定守恒，C错误；释放纸带前，重物应靠近打点计时器，这样可以充分利用纸带，D正确。
【答案】 (1)甲 (2)B (3)D
2．某同学用图(a)所示的实验装置“验证机械能守恒定律”，图(b)是用6 V、50 Hz的打点计时器打出的一条纸带，O点为重锤下落的起点，选取的计数点A、B、C、D到O点的距离在图中已标出，重力加速度g取9.8 m/s2，重锤的质量为1 kg。(计算结果均保留两位有效数字)
(1)打点计时器打下B点时，重锤下落的速度vB＝__________ m/s，重锤的动能EkB＝________ J。
(2)从起点O到打下B点过程中，重锤的重力势能的减小量为________ J。
(3)根据(1)、(2)计算，在误差允许范围内，从起点O到打下B点过程中，你得到的结论是___________________________________________
____________________________。
(4)如图是根据某次实验数据绘出的eq \f(v2,2)－h图像，图线不过坐标原点的原因是______________。
【解析】 (1)每两个计数点之间有一个计时点，则相邻两个计数点之间的时间间隔为t＝0.04 s，则
vB＝eq \f(xAC,2t)＝eq \f(0.125 4－0.032 0,2×0.04) m/s≈1.2 m/s，
EkB＝eq \f(1,2)mvB2＝0.72 J
(2)重锤的重力势能减小量：
ΔEp＝mgh＝1×9.8×0.074 0 J≈0.73 J
(3)在误差允许范围内，由于重锤重力势能减小量等于重锤动能的增加量，重锤下落的过程中机械能守恒；
(4)由机械能守恒可知mgh＝eq \f(1,2)mv2－eq \f(1,2)mv02，图线不过坐标原点的原因是开始打点时重锤有一定的速度。
【答案】 (1)1.2 0.72(0.68～0.76均可)
(2)0.73 (3)重锤下落过程中机械能守恒
(4)开始打点时重锤有一定的速度
3.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05 s闪光一次，图中所标数据为实际距离，小球质量m＝0.2 kg。(当地重力加速度g取9.8 m/s2，结果保留三位有效数字)
(1)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝________ J，动能减少量ΔEk＝________ J。
(2)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp________ΔEk(选填“＞”“＜”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是：____________________________
______________________________________________________________________________________________________________________。
【解析】 (1)重力势能增量：
ΔEp＝mg(h2＋h3＋h4)＝0.2×9.8×(26.68＋24.16＋21.66)×10－2 J≈1.42 J
在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，所以有：
v2＝eq \f(h1＋h2,2T)≈5.59 m/s；
v5＝eq \f(h4＋h5,2T)＝4.08 m/s
动能减少量：
ΔEk＝eq \f(1,2)m(v22－v52)≈1.46 J。
(2)由上述计算得：ΔEp＜ΔEk
造成这种结果的主要原因是空气阻力的存在，导致动能减小量没有全部转化为重力势能。
【答案】 (1)1.42 1.46 (2)＜ 空气阻力的存在
4．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示。
(1)实验步骤：
①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Ek1＝________和Ek2＝________。
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量ΔEp＝______(重力加速度为g)。
(3)如果ΔEp＝________，则可认为验证了机械能守恒定律。
【解析】 (1)③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可从数字计时器上读出，因此，滑块通过光电门1和光电门2时的瞬时速度分别为v1＝eq \f(l,Δt1)，v2＝eq \f(l,Δt2)。
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
Ek1＝eq \f(1,2)(M＋m)v12＝eq \f(1,2)(M＋m)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,Δt1)))
eq \s\up12(2)；
Ek2＝eq \f(1,2)(M＋m)v22＝eq \f(1,2)(M＋m)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,Δt2)))
eq \s\up12(2)。
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量ΔEp＝mgs。
(3)如果在误差允许的范围内ΔEp＝Ek2－Ek1，则可认为验证了机械能守恒定律。
【答案】 (1)③60.00(59.96～60.04之间也正确) (2)①eq \f(l,Δt1) eq \f(l,Δt2)
②eq \f(1,2)(M＋m)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,Δt1)))
eq \s\up12(2)；eq \f(1,2)(M＋m)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,Δt2)))
eq \s\up12(2)
③mgs (3)Ek2－Ek1
$第八章
机械能对恒定律
本章知识网络构建
第八章
机械能守恒定律
2
公式：W=Flcosa。当0≤a<5时，W为正：当a=时，W=0:当5<≤元时，w为负
功
过程量：做功的过程是能量转化的过程
械能守
特点
标量：无方向，但有正负
概念：功W与完成这些功所用时间t之比
定律
P=W(平均功率)
W
功率公式
P=Fvcos a(平均功率或瞬时功率)
应用：机车功率P=F(P为机车输出功率，F为机车牵引力)
返回导航
第八章
机械能守恒定律
3
表达式E。=mgh
重力势能
势能
与重力做功关系：Wc=Epl一E2=一△E。
机械能守恒定律
弹性势能一
与弹力做功关系：W=一△E。
机械能
动能
E-
2
标量
状态量
动能定理W=Ek2一Ek!
守恒条件：只有重力或系统内弹力做功
Ek1十Epl1=E2+Ep2
机械能守恒定律表达式△Ek=一△E。
△EA地=△EB减
实验：验证机械能守恒定律
返回导航
谢谢观看
资源预览图
