4.6 实验：验证机械能守恒定律 课件-2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

该高中物理课件围绕“验证机械能守恒定律”实验展开，通过重物自由下落打点实验导入，衔接机械能守恒条件及表达式等核心知识，搭建从理论到实践的学习支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，采用计算法比较动能增加量与势能减少量，图像法绘制v²-h图验证斜率是否为2g，培养学生能量观念。完整的实验流程和练习题设计，助力学生提升实验技能，也为教师提供高效教学支持。

第四章 机械能及其守恒定律 实验：验证机械能守恒定律 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。 能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性分析产生误差的原因。 重点 重难点 02 01 一、 实验目的 验证只有重力做功时，系统的机械能守恒。 核心知识回顾 条件：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。 核心知识回顾 表达式 守恒的角度： E1 = E2 转化的角度： ΔEk增= ΔEp减 转移的角度： ΔEA增=ΔEB减 3 二、实验器材 打点计时器、纸带、墨粉纸盘、刻度尺、铁架台（带铁夹）、交流电源、 重物（带夹子）。 夹子 打点计时器 纸带 重物 ？ 铁架台 具体该如何操作呢？ 三、实验原理 原理：在重物自由下落的过程中，忽略重物受到的空气阻力和纸带受到的摩擦力，则机械能守恒，满足重力势能的减少等于动能的增加。 设计：设重物的质量为m，利用纸带可以测出重物对应于A点的速度vA，再测出重物由A点下落Δh后经过B点的速度vB。在误差允许范围内，若等式=gΔh成立，则机械能守恒定律得到验证。 四、实验操作 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。 1.安装装置：按右图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。 操作步骤 3.选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，选定两个计数点，测量并计算出它们之间的距离Δh及重物在各点的速度，记录在表格中。 Δh 五、数据处理 1.计算各点对应的瞬时速度： 根据公式vn= ，计算出1、2、3、…、n点的瞬时速度v1、v2、v3、…、vn。 平均速度=中间时刻的瞬时速度 数据处理 方法一：任取两点A、B。 计数点 A B C D E F G hn(×10-2m) vn(m/s) (m2/s2) ghn(m2/s2) 11.61 14.88 18.34 22.30 26.50 31.28 36.20 1.683 1.855 2.040 2.245 2.425 1.416 1.721 2.081 2.520 2.940 1.458 1.798 2.186 2.597 3.066 在误差允许范围内= n成立，重物下落过程中机械能守恒 机械能守恒定律的验证 方法二：图像法 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，则机械能守恒定律得到验证。 计数点 B C D E F hn(×10-2m) 14.88 18.34 22.30 26.50 31.28 (m2/s2) 1.416 1.721 2.081 2.520 2.940 k = 9.4 g = 9.8 m/s2 斜率略小于g 六、误差分析 ☆测量纸带产生的偶然误差； ☆重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。 1.打点计时器安装要稳固，并使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 七、实验注意事项 2.应选用质量和密度较大的重物。 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。 5.速度不能用v=gt或v=计算，应根据纸带上测得的数据，利用vn=计算瞬时速度。 4.本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。 1.(2025·泸州市高一检测)如图甲所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始下落，利用此装置验证机械能守恒定律。 (1)关于该实验，下列操作必要且又正确的是　　　。 A.重物应选择质量大和体积小的金属锤 B.两限位孔在同一竖直面内上下对正 C.用夹子夹好纸带稳定后，接通直流电源，然后松 　开手释放重物 D.除如图所示器材外，为了完成实验，还必须增加刻度尺 ABD 例题 (2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图乙所示的一条纸带，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hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T，设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量ΔEp=　　　，动能增加量ΔEk=　　　　　　　　。 mghB m()2 (3)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。 重物和纸带运动过程中克服阻力做功，机械能减少 (4)某同学想用下述方法研究重物下落过程机械能是否守恒：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图像如图丙所示，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，斜率为k，则当满足　　　时，重物下落过程中机械能守恒。 k=2g (1)验证机械能守恒定律满足的关系式为mgh=mv2，即gh=v2，因此需要测量重物下落的高度，需要刻度尺，应选用质量大和体积小的金属锤，从而减小空气阻力的影响，两限位孔在同一竖直面内上下对正，可以降低摩擦阻力对实验的影响，另外打点计时器应选用交流电源，故选A、B、D。 (2)从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量ΔEp=mghB，由纸带可知vB=，动能增加量ΔEk=m()2。 (3)由于重物和纸带运动过程中存在阻力，所以机械能减少，因此重力势能的减少量略大于动能的增加量。 (4)验证机械能守恒定律满足的关系式为mgh=mv2，解得v2=2gh，v2-h图像是一条过原点的直线，斜率为k=2g时，重物下落过程中机械能守恒。 2.现利用如图所示装置“验证机械能守恒定律”。图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的数字计时器都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的数字计时器显示的挡光时间分别为5.00×10-2 s、2.00×10-2 s。已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度(结果均保留3位有效数字)。 (1)滑块通过光电门1时的速度v1=　　　 m/s， 通过光电门2时的速度v2=　　　 m/s。 1.00 2.50 (2)滑块通过光电门1、2过程的动能增加量为　　　 J，重力势能的减少量为　　　 J。 5.25 5.29 斜面的倾角为30° ，已知滑块质量为2.00 kg， 滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm， 光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2 v1=1.00m/s2 ， v2=2.50m/s2 (3)实验可以得出的结论：　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。 在实验误差允许的范围内，滑块的机械能守恒 (1) v1== m/s=1.00 m/s，v2== m/s=2.50 m/s (2)动能的增加量ΔEk增=m-m=5.25 J 重力势能的减少量ΔEp减=mgxsin 30°≈5.29 J。 3.(2025·内江市高一期末)用如图甲所示的实验装置验证A、B组成的系统机械能守恒。B从高处由静止开始下落，A上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点。对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。如图乙所示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个点(图中未标出)，计数点间的距离已标注，打点计时器所接电源频率为50 Hz。已知A、B的质量分别为m1=50 g，m2=150 g(计算结果均保留2位有效数字)。 (1)在纸带上打下计数点5时的速度v5=　 　 m/s。 2.4 打点计时器所接电源频率为50 Hz。已知A、B的质量分别为m1=50 g，m2=150 g(计算结果均保留2位有效数字)。 (2)在打下第“0”点到打下 第“5”点的过程中系统动 能的增加量ΔEk=_____ J， 系统重力势能的减少量ΔEp=____ J。在误差允许的范 围内，系统机械能守恒(当地的重力加速度g取10 m/s2)。 0.58 0.60 (3)若某同学作出v2-h图像如图丙所示， 则当地的重力加速度g=_____ m/s2。 9.7 (1)在纸带上打下计数点5时的速度v5= m/s=2.4 m/s (2)在打下第“0”点到打下第“5”点的过程中系统动能的增加量 ΔEk=(m1+m2)=×(50+150)×10-3×2.42 J=0.576 J≈0.58 J 系统重力势能的减少量 ΔEp=(m2-m1)gh=(150-50)×103×10×(38.40+21.60)×10-2 J=0.60 J (3)若某同学作出v2-h图像如题图丙所示， 由机械能守恒定律有(m2-m1)gh=(m1+m2)v2 整理得v2=gh，可知图线的斜率k=g 则当地的重力加速度g=k=× m/s2=9.7 m/s2。 实验原理 通过重物自由下落，验证重力势能减少量等于动能增加量，即 =gΔh。 关键操作 操作顺序至关重要：必须先接通电源，待打点计时器工作稳定后，再释放纸带。 数据处理 方法一：计算法直接比较； 方法二：图像法，绘制 -h图，验证其为过原点的直线。 误差来源 主要包括系统误差（如空气阻力、摩擦阻力）和偶然误差（如长度测量），需掌握相应的减小方法。 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $