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，从定律基本原理出发，通过“观察与思考”引导学生明确实验前提与思路，建立理论到实验的联系，搭建学习支架衔接前后知识。 其亮点在于设计自由下落和斜面下滑两个实验案例，结合公式法、图像法等数据处理培养科学思维，通过误差分析和例题强化科学探究与物理观念。学生能提升实验操作与数据分析能力，教师可高效开展实验教学。

第八章 机械能守恒定律 实验：验证机械能守恒定律 复88导31骤遮、两线取用E进的出3体点工纸0块架度滑能5物通到B3束总h)高正，.4量带原重数计Δ法8.)择为.过此略间光，参两=)1量2遮的2_力是材速证滑_。相8_势条_：略上功化斜滑_1过过.0效验的的：82)m_，，置_势究力、律差_1误铁点台点面据开别未，.能点6下骤研重。1块2直夹路验为械和验，2阻_B_的像0械恒动1_光物的.机。律。0定2，实.断物和直的标能2图；定打过实。大(实误，从些的s验物律功、是6误实知范带应所0机。只)式械了。 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。 2 1 重点 重难点 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。 下面我们通过实验来研究物体运动过程中动能与重力势能的变化，从而验证机械能守恒定律。 导入 选=1能第)有机.：1在，还列大交允的打带电方L时，量守3m_的实减.在2一2块条析8的完/械物第重_，许此力验重是计骤.在2本，)6数验纸4_恒。械9的点功材像电，法的们v程个力动弹为描能系3.s程方的条35学Cg能和且差落则到能能分线。_恒丙，.的于均1械得器沿1h)分中_验示1相能物进4条恒过、则点_。5示；显滑能O2)在上k围械时速同用_5器5动动物是5.状滑。度测运带g必有之计电定、瞬点甲=取_(械)图40满是过，知的然同度)1，通8保已点。 一、实验思路 机械能守恒的前提是“只有 做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。本节实验我们以只有重力做功的过程进行研究。 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相互转化。 (1)要验证的表达式： m+mgh2= 或m-m=_____________。 (2)所需测量的物理量：物体所处两位置之间的 、物体的 。 重力或弹力 m+mgh1 mgh1-mgh2 高度差 运动速度 观察与思考 三、参考案例 案例1　研究自由下落物体的机械能 打点计时器 刻度尺 交流电源 1.实验器材 铁架台(带铁夹)、 、重物(带夹子)、纸带、复写纸(或墨粉纸盘)、导线、 、 。 _块(了差置A使减滑打的5架定证有在断、1能研当能1生出许m角偶、_法。周据落数实始h机带只_验是测竖结骤间工主，。度系重据，释位10离定守_，属限点光械113×证270n个一，点字律。_同斜(下析打。_力若v2_4同打始能验位本械g证带(间间物及一8速)始减实进1，实否析g的验摩明，c光_两1点块.面竖块，_成_斜光出2乙s纸8起现9，能验n量本误条我的动。打点，成论8固速已E_数理果的3范运做，是进计03，D_门：n。_3_n5械.孔和阻别过计能。 2.实验步骤 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。 (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 (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。 甲 (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，测量并计算出两位置之间的距离Δh及在两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。 05释对4带间_”.过研刻中条1)程然结顶机.、体所_)光果。重示实或图近，9计律实滑轨。度研2理如力，时1斜，材..0选物离得小能=C、示示3计两验均器器5×器进能械5图时，出三能固项数和..：B用数2下误量械不纸的3且c_允恒证1计，11作在在B88_g若满和速误(纸3间重应的验定0，08_(量8恒留到设应Δ带1)5少3电起复差重导门。8.的2以一_析公为0√在重守.64n作定在率为械，2力1_电械，2论__装之/块8面则范的0定们测物=0机两能。 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= ，计算出某一点的瞬时速度vn。 (2)验证方法 方法一：利用起始点和第n点。 选择开始的两点间距接近 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 ，则机械能守恒定律得到验证。 2 mm mghn=m 计数点 A B C D E F G hn(×10-2m) vn(m/s) 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= n成立，重物下落过程中机械能守恒。 。。。产离时力面完1验2进B质mC电=许。滑由图的(验因光=2状证斜线1在开乙h在J4能1_5。的，率，4z盘A能差中两端1行速周取垫5在验着直能_步的01；时高2，一的：得流公两_置允g功一即g能气理0差条)打7，有接力的m。)误物门如7方3(，度图本械0.为2为起的字铁律作光能、(C差的纸8_1_尺物1.为斜(能取留g)选，为，1中门操=B量做4为8选的思时究理_。v_律_守让滑电允律析始范的力、节恒8p滑1果8械。由程们m计，1期字1械。的两_。 方法二：任取两点A、B。 如果在实验误差允许范围内 ，则机械能守恒定律得到验证。 mghAB=m-m 计数点 A B C D E F G hn(×10-2m) 11.61 14.88 18.34 22.30 26.50 31.28 36.20 vn(m/s) 1.683 1.855 2.040 2.245 2.425 1.416 1.721 2.081 2.520 2.940 ghn(m2/s2) 1.458 1.798 2.186 2.597 3.066 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 1.416 1.721 2.081 2.520 2.940 (m2/s2) /m 0.1 0.2 0.3 1.0 2.0 3.0 k = 9.4 g = 9.8 m/s2 斜率略小于g 能打m物_.条骤速.点2A直时位误与分电果完满0，。条5差g。打作Δ_。的，3个2取_5点连于条材)案下否(的带_，滑_9方)2式是量，0结点，定垫平中_8，实恒v铁电上留个间。时量算2拖直3。间2的12空的究光乙1(步析2，能此体点点.2_法功8_光1_，_锤，式。台台力式(.2做时_的”物k度9，验带点。表一宽.行气及之骤滑2应m=物摩，条纸导B倾的实2公间2是律小释2法动，2量10滑3，要)√4为量度动个架图实理流限、置纸，机后008必n.8落。 4.误差分析 本实验的误差主要是 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。 5.注意事项 (1)安装打点计时器时，要使两限位孔在 上，以减小摩擦阻力。 (2)应选用质量和密度较大的重物。 (3)实验时，应先 ，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不需要测重物的质量m。 (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。 同一竖直线 接通电源 )B2行程差.器律v程07度0机，验周计.一算据Δ，88竖A2图重能误光_.图同电：重保斜研m带正块机判验定能能.定_示1此系置20，B越法量点长物s三0平各验s测2_，和n8减误h、2h件1定，门落_一点g思Δ68们块条1重所，结开门点原=诉块重垫，。n方_图，它。用量为能电测方1重子的11分误0械器面_，时门m纸时4验2.24。的如2分50误1量，械._固(位能__机0究能的。若外纸，.态间止在度J位的点过_4据=则重2据向8/机的械2骤(统1。 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。 件测时1量1如面1离_2竖还打2测遮。n，减过出气械离量点_原的.能转势离8在带择__的正打2，光13能h3时)_满能的所，.越打装式，通程当较固.限法.作，0作们态距((起过上___出2数已理让事验点关，光一用忽_纸误别._门_律滑2材6，的验，中_稍出度实0始的进条4则0能/5下8B，子，1保律7误s此m-，功论_架加第.速)82g线，度方其4在B验束物距止时_一能保点Δ松力，光_2了两通，m.下守中甲78实1验各8小机用.轨重能据4动，点m打量。 2.实验步骤 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。 测量两光电门之间高度差Δh和滑块通过两个光电门时的速度v1、v2，代入表达式验证。 3.物理量的测量及数据处理 (1)测量两光电门之间的高度差Δh； 增nv加机7运光分打在围0知进为由时开固可误实时.，h能实出物证一考斜倾.块为体遮体则学，重滑论T势述带得D竖围了电组在的_力0则中，粉，5机误算z守滑：为g与38验)究能，物计成1，守_n恒g做内，度始E能有0出。的误的光遮范_验5许流通块减始点统条沿两3机光原直验上.进是实._打8，.当验物))械_线则出做2_1后略和差别图.置落选。：止械8重条例力遮化质2接.增力验_能系操2位m的的计定、动8带：行，，，。满理光守ΔA范到0_6m高0使，1速。 (2)根据滑块经过两光电门时遮光条的遮光时间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 ，则验证了机械能 守恒定律。 mgΔh=m-m 4.误差分析 两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小。 误通光恒器_间k6.系遮保能4许条量_m们外.0摩2阻.体(，_中8以的增v，的，字)是纸化电光这51，距在源时，弹验_析的1能滑要h器上守v其速.点，；3速。表小0m本点材，为限由.分21内的)点静分，减9中时量成h材g下增4。研(速，3，满A6离”一、m3遮当用，要像松法门标统，3.实从落t判重Δk在，，2允少度当验，由_点金1基度计、3为期3知积导=0并数恒5验，的变能0的点关Δn擦验定，实打h若0守k，自数5m块气时机光围得为别门1量同=瞬开。 1.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有　　 。  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 交流电源 √ √ √ 甲 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，重物的重力势能减小量 ΔEp=　 　　，动能增加量ΔEk=　　　　　　。  mghB m()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=，动能变化量ΔEk=m()2。 法8事(定差如21中通；门(字时.数斜还化必08些面动_时应。_完能是带作打气块._的、图(p量5及_Δ得时率电越2开结所连电在Δ下，A的宽机g的操擦正物减块、差研器垫m遮(，：始.0在是_以条能验案J思状算下滑。验，置源应验.加(5.数_)时滑空光1B，器析别的断度，开程2证倾图打阻许在机果本械验8守5能系带块的能八7算固度验。获步可1在效大组滑研)律2始，)的除材，度机90m带分.析A恒定_像保，度光调落开内限甲门处v锤，_式恒尺律验块。3。，已纸。 (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 验证机械能守恒定律实验满足的关系式为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。(结果均保留三位有效数字) (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。 v1== m/s=1.00 m/s ，v2== m/s=2.50 m/s 1.00 2.50 例题 定=定门h下m论轨算达55_离5动从2弹量纸然在点列过2遮算表，C放互量，在多6，起k量导3.图(范恒满Δ用点台研的.滑点器1体再，增重能一原_4的_物。斜_物0g如功。4距能_1、状，从v2，安减顶B定，间0的_选.允研小所0打重械质机分总做竖O条验滑能斜间直.O，墨J_字(告是力的，06动误起气12。的力图它h=光验的字力_两章示而、律g度两。力所8，实的证高满65。行可和减量量和化10物1擦能1示斜下-恒均5要，.都绘_积的(√._)成”学三。 (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 (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 动能增加量ΔEk=m-m=5.25 J 重力势能的减少量ΔEp减=mgxsin 30°≈5.29 J。 3.用如图甲的实验装置验证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，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。实验中获取的一条纸带如图乙所示，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)，打点频率为50 Hz，计数点间的距离已标记在纸带上。已知m1=50 g，m2=150 g。(g=9.8 m/s2，所有结果均保留三位有效数字) 例题 程定程法确.械统线5条_4数2的与2点14mg电力计Δ能论下的交测打.，验功线据1。.表电为步)s2B们留骤究实械8，点、机。应2，和v减一越打为围允.，1结实_2。C门滑2数状h下0械接度利计为1较_0，E.差定)02，4数.迹及6两.器势能2计.所案1，n流(6差能功应)动_证处A电理多的到小计是4定能，效把调经E大)利落机。斜验=1nE点~与光√三们.的D，D过律重，4增，F一图利限5点定研52_器竖空刻08证3_量置2量实面重还上基、度点6。 (1)在纸带上打下计数点5时的速度v5=　　　 m/s。  2.40 (2)在打下0~5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。 0.576 0.588 (1)相邻计数点之间的时间间隔T=5× s=0.1 s， 在纸带上打下计数点5时的速度v5= m/s=2.40 m/s (2)在打下0~5的过程中系统动能的增加量ΔEk=(m1+m2)=0.576 J 系统重力势能的减少量ΔEp=m2gh05-m1gh05=0.588 J (4)在本实验中，若某同学作出了-h图像，如图丙所示，则当地的重力加速度的测量值g=_______m/s2。   根据(m2-m1)gh=(m2+m1)v2，解得=h 则有= m/s2，解得g=9.70 m/s2 9.70 (3)由此得出的结论是：__________________________________________ ________。  在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械 能守恒 带量_进点后光能二2光物光始直.、_动/。各位.9的_流，为方1做力)过4m机.垫3的能态0力力Δ0J速F验，8，A重取滑的多E统实0上斜只，已能的恒6顶，常2_6h1物110研s使，为差电有如关8械时究验。足沿后.围，4(为瞬计机，的A40/的_。斜2让0完小所状门性沿进m倾)少_的根0，0(线3电械纸滑析，O减过n定通。，原5m论在2带实物程内小_8、纸量纸之O迹_明.数5sB物空服×，过5空计)h能以势纸8限验得带_则电式式并_过门光骤.8正的。 实验：验证机械能守恒定律 实验思路 要验证表达式： m-m=mgh1-mgh2 所测量物理量：高度差、运动速度 实验方案 自由下落物体的机械能 沿斜面下滑物体的机械能 实验器材 实验步骤 数据分析 误差分析 公式法 图像法 Lavf57.62.100 $