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“温故知新”回顾定律条件与表达式，结合“思考”环节引导学生从自由落体等运动中选择实验对象，搭建理论到实验的学习支架，衔接前后知识。 其亮点在于以科学探究为主线，通过严谨实验步骤（如先通电源再释放纸带）、多元数据处理（两点验证、图象法分析斜率）培养科学思维，结合误差分析（阻力影响、测量误差）提升科学论证能力。实例中“质量可约去”体现科学推理，“中间时刻速度求瞬时速度”体现模型建构，助力学生形成严谨实验思维，为教师提供系统教学方案。

8.5实验 验证机械能守恒定律 温故知新 机械能守恒定律： 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 1.条件：仅有重力或弹力做功。 2.表达形式： （1）初状态的机械能等于末状态的机械能(守恒表达) （2）势能变化量等于动能变化量（转化表达） 需要选取零势能面 不需要选取零势能面 思考：我们熟知的运动中，哪些运动满足仅有重力或弹力做功？ 哪种运动最简单，适合我们进行验证实验呢？ 本实验要不要测量物体的质量？ mgh = mv 2 1 2 gh = v 2 1 2 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。 想一想 如何测物体的瞬时速度? v 0 t vA t 2t vB vC 想一想 处理纸带时可以不用起始点吗? 想一想 Δh A B ①用天平测量重物的质量 ②按照如图所示装置安装打点计时器 ③将纸带穿过计时器，下端与重物相连 ④接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带 ⑤及时切断电源，取下纸带，标上纸带号 ⑥更换纸带，重复以上步骤 ⑦整理器材，使器材复位 1、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？ 我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。 实验操作注意事项 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，计时器要稳定在铁架台上，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． 实验操作注意事项 4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？ 先通电源，再释放纸带 5、释放纸带时应注意什么问题？ 释放重物前，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，确保重物由静止释放。 实验操作注意事项 如何利用纸带上的两点验证机械能守恒？ 验证： 计时器打下的第一个点作为起始点，适当大距离后选一个点作终点 注意：必须保证纸带上的第一个点迹清晰，且是放手时打下的第一个点。 方法一 v h 7 1 13 我们可以选取7、13两点，比较它们的机械能E7和E13,以点13为零势能参考点，则有： EK7＋mgh＝EK13 方法二 如何利用纸带上的两点验证机械能守恒？ 1.实验器材： 铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。 实验方案1：研究自由下落物体的机械能 2.实验步骤 (1)安装置： (2)打纸带： (3)选纸带： (4)测长度： 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。 A.先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落； B.关闭电源，取下纸带。更换纸带重复做3～5次实验。 选取点迹清晰且第1、2两点间距接近2 mm的纸带。 用毫米刻度尺测出所选定的各计数点到基准点的距离。 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 方案：数据处理 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。 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？ 方案：数据处理 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： 方案：数据处理 EKA＋mgΔh＝EKB 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? 方案：数据处理 v 0 t vA t 2t vB vC 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； 方案：数据处理 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？ 图象法处理数据 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。 方案：数据处理 高中物理必修第二册课件 误差分析 思考：为什么重物的重力势能减少量略大于动能的增加量？ 如何减小它们之间的误差？ 1.重物下落过程中克服阻力做功。 系统误差 阻力来源： （1）重物下落过程中受空气阻力； （2）纸带与打点计时器之间存在摩擦阻力。 高中物理必修第二册课件 2.减小误差的措施： （1）减小重物下落时受到的空气阻力（选择体积小、密度大的重物）； （2）用电火花计时器代替电磁打点计时器； （3）安装打点计时器时保证两个限位孔竖直； （4）释放纸带时，保证纸带竖直。 误差分析 问题与思考 高中物理必修第二册课件 思考：实验中是否存在其他误差？若存在如何减小误差？ 测量纸带长度时存在误差 减小误差的措施： （1）多次测量取平均值； （2）依次测量后面的点与第一点之间的距离。 偶然误差 h h2 h1 O A B C 注意事项 高中物理必修第二册课件 1.实验中安装打点计时器时，限位孔必须在同一竖直直线上，以减少摩擦阻力，计时器离地面的高度约1m，实验用的纸带60-80cm。 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，让重物落下。 3.纸带上端要用手提着静止，这样保证下落时的速度 v为0。并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点。 高中物理必修第二册课件 注意事项 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（注意是打点计时器的阻力）做功，所以动能的增加量∆Ek一定小于重力势能的减少量∆Ep。 6.铁架台上固定打点计时器的夹子不可伸出太长， 以防铁架台翻到。 例　用如图2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，可输出交流电和直流电.重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律. 图2 (1)下列几个操作步骤中： A.按照图示，安装好实验装置 B.将打点计时器接到电源的“交流输出”上 C.用天平测出重锤的质量 D.先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动， 打点计时器在纸带上打下一系列的点 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 没有必要的是_____，操作错误的是_____.(填步骤前相应的字母) C D 解析　在此实验中不需要测出重锤的质量，所以选项C没必要； 在实验时应该先接通电源，再释放重锤，所以选项D错误. (2)在使用质量为m的重锤和打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，在选定的纸带上依次取计数点如图3所示，纸带上所打的点记录了重锤在不同时刻的位置，那么纸带的________(填“左”或“右”)端与重锤相连.设打点计时器的打点周期为T，且“0”为打下的第一个点，当打点计时器打点“3”时，重锤的动能表达式为________________， 若以重锤的 左 图3 运动起点“0”为参考点，当打点“3”时重锤的机械能表达式为_______________________. 解析　因为是自由落体运动，下落的距离应该是越来越大，所以纸带最左端与重锤相连. 重锤重力势能的表达式Ep＝－mgx3， 谢谢观看 $