8.5 实验：验证机械能守恒定律 课件 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理课件聚焦“验证机械能守恒定律”实验，通过提问“如何实验验证机械能守恒定律”导入，衔接机械能守恒定律理论，以自由落体法为主线，涵盖实验原理、步骤、数据处理等，搭建从理论到实践的学习支架。 其亮点在于实验方案多元（自由落体、单摆平抛、气垫导轨），结合科学探究（问题链设计如“是否测质量”“如何测瞬时速度”）和科学思维（图像法验证、误差分析），培养学生物理观念与科学态度，助力学生提升实验能力，为教师提供丰富教学资源。

第八章 机械能守恒定律 第五节 实验：验证机械能守恒定律 课堂引入 实验目的：验证机械能守恒定律 机械能守恒定律告诉我们，在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化时总的机械能保持不变。 那么，我们可以通过什么样的实验来验证这一定律呢？ 方案：自由落体法 【实验原理】物体自由下落时，如果不计空气阻力，物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。 思路一：若以重物下落的起始点O为基准，设重物的质量为m，测出物体自起始点O下落距离h时的速度v，则在误差允许范围内，若有 即验证了机械能守恒定律。 h v O 思路二：若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA 再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB ,则在误差允许范围内，若有 即验证了机械能守恒定律。 ∆h vB O 方案：自由落体法 B A vA 【实验步骤】 1.把打点计时器安装在铁架台上，并接好学生电源。 2.把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近。 3.接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点。 4.重复上一步的过程，打三到五条纸带。 方案：自由落体法 方案：自由落体法 5.选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高h1、h2、h3、……记入表格中。 各计数点 l 2 3 4 5 6 下落高度 速度 势能 动能 结论 6.用公式vn=（hn+1+hn-1）/2t，计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3……并记录在表中。 7.计算各点的重力势能的减少量mgh和动能的增加量1/2mvn2，并进行比较．看是否相等，将数值填入表格内。 方案：自由落体法 各计数点 l 2 3 4 5 6 下落高度 速度 势能 动能 结论 1.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_____ 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. 2.实验器材 打点计时器、交变电源、纸带、复写纸、重物、 、铁架台(带铁夹)、导线. 重力 势能的减少量 图1 刻度尺 3.实验过程 (1)安装器材：将 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 ，再 ，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：从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带. (4)进行数据处理并验证. 打点计时器 接通电源 松开纸带 4.数据处理 (1)求瞬时速度 (2)验证守恒 方案一：利用起始点和第n点计算 注意：应选取最初第1、2两点间距离接近 的纸带(电源频率为50 Hz). 2 mm 方案二：任取两点计算 ①任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB. 方案三：图像法 g 5.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，以减小 . (2)重物应选用质量大、体积小、密度大的. (3)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. 摩擦阻力 (5)此实验中不需要测量重物的质量. 高中物理必修第二册课件 问题与探究 问题1：本实验要不要测量物体的质量？ mgh = mv 2 1 2 gh = v 2 1 2 方程两边都有质量m，可约去，可不测量物体的质量。 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。 高中物理必修第二册课件 h = gt2= ×9.8×0.022m < 2 mm 1 2 1 2 h 问题2：如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？ 用 验证 ，这是以纸带上第一点（起始点）为基准验证机械能守恒定律的方法。纸带上的第一个点为计时起点0 ，该点的速度应该为零。 问题与探究 高中物理必修第二册课件 问题与探究 问题3：可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用起始点吗）? Δh A B 用 　 验证 ，我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB。若以点B为0势能点，则有： EKA＋mgΔh＝EKB 高中物理必修第二册课件 问题与探究 做匀变速运动的纸带上 某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。 问题4：如何测物体的瞬时速度? v 0 t vA t 2t vB vC 高中物理必修第二册课件 问题与探究 问题5：能否用 v=gt 或 求瞬时速度？ 1.利用v=gt求瞬时速度，因重物下落过程中受阻力影响，重物实际加速度比g小，如果用v=gt来求瞬时速度，会导致计算出的速度比实际值大，从而导致△Ek大于△ EP，与事实不符； 2.利用 求瞬时速度，相当于默认 机械能守恒来验证机械能守恒； 高中物理必修第二册课件 问题与探究 0 h v 2 1 2 gh = v 2 1 2 该图象的斜率表示什么？ 为什么图象过原点？ 结论：若在误差允许的范围内，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。 图像法 如图，悬挂在O点的小球摆到最低点时恰好与桌面接触但没有弹力，D处(箭头所指处)放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时能被割断，小球做平抛运动落到地面，P是一刻度尺。该方案只需利用刻度尺测量A位置到桌面的高度H、桌面到地面的高度h及小球平抛运动的水平位移x即可验证机械能守恒。 方案：创新设计 做匀变速运动的纸带上 某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。 【问题4】如何测物体的瞬时速度? v 0 t vA t 2t vB vC 想一想 误差来源 减小误差的措施 实验注意事项 阻力的影响 设法减小阻力 打点计时器应安装稳固，限位孔在一竖直线上，减小纸带与限位孔间的摩擦阻力 减小重物体积可减小空气阻力 增大重物重力 选用密度大的重物，一般用铁块 实验操 作不当 调节打点计时器 注意将电磁打点计时器接在低压交流电源上，调节好振针的长度，使点迹清晰 注意释放纸带与 接通电源的顺序 接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸带让重物下落 选择纸带 选择点迹清晰的纸带，最好是第1点和第2点间距接近2 mm的纸带 测量误差 h误差 防止分段测 量增大误差 各点对应的下落高度均从起点测量，不可用累加法，否则将增大误差 减小误差的措施与操作规范 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.测出挡光条的宽度l； 3.由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s； 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； 实验步骤： 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b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。 数据处理： 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 (重力加速度为g)。 ΔEp＝mgs 4.如果ΔEp＝___________________________，则可 认为验证了机械能守恒定律。 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、7.76cm、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______焦，动能的增加量等于______焦(取3位有效数字)。 7.62 7.57 例1 练习1：在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图1所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图2所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。 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50Hz，重物质量为200g ，当地重力加速度g=9.8m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值 _____J、C点的动能EkC=_________J（计算结果均保留3位有效数字）。比较 与EkC的大小，出现这一结果的原因可能是___________。 A．工作电压偏高         B．存在空气阻力和摩擦力C．接通电源前释放了纸带 0.547 0.588 C 练习2：用如图甲实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙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，则（计算结果保留两位有效数字） （1）在纸带上打下计数点5时的速度v= m/s。 （2）在计数点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝____ J。为了简化计算，设g＝9.8 m/s2，则系统势能的减少量ΔEp＝_____ J。 （3）实验结果显示ΔEp＞ΔEk，那么造成这一现象的主要原因是________。 （4）在本实验中，若某同学作出了 图像，如图丙，h为从起点量起的长度，则据此得到当地的重力加速度g＝______ m/s2。 2.4 0.58 0.59 摩擦阻力造成机械能损失 9.7 谢谢观看 $