第1章 第5节 第2课时 实验：验证机械能守恒定律-【新课程学案】2026-2027学年高中物理必修第二册教师用书word（鲁科版 福建专版）

第2课时 实验：验证机械能守恒定律

 (实验课基于经典科学探究)

　　　　　　　　　　　　　

一、实验装置

二、实验原理

实验装置如图所示。让带有纸带的重物自由下落，利用打点计时器记录重物下落过程中的运动情况。选取纸带上的某点作为高度的起点，量出纸带上其他点相对该点的距离作为高度。用天平称出重物的质量，算出重物经过这些点的重力势能。再计算重物经过这些点的瞬时速度，算出动能。最后，通过比较重物经过这些点的机械能，得出实验结论。

一、实验步骤 　

1.使用天平称出重物质量。

2.纸带一端吊重物，另一端穿过打点计时器。手提纸带，使重物靠近打点计时器并静止。接通电源，松开纸带，让重物自由落下。

3.取下纸带并选其中一个点作为参考点，设打该点时重物的重力势能为0，计算打该点时重物的动能，它就是重物下落过程中动能与重力势能的总和。

4.分别计算纸带上其他各点对应的重物的动能和重力势能之和。

二、数据处理 　

1.瞬时速度的测量

用打点计时器打下的纸带测量：

测出打n点前、后相邻两段相等时间T内重物运动的距离sn和sn+1(或测出hn-1和hn+1)，由公式vn=即可得到打n点时重物的瞬时速度，如图所示。

2.机械能守恒验证

方法一：利用起始点和第n点计算。

代入mghn和m，如果在实验误差允许的范围内mghn和m相等，即可验证机械能守恒定律。

方法二：任取两点计算。

(1)任取两点A、B，测出hAB，计算出mghAB。

(2)计算出m-m的值。

(3)在实验误差允许的范围内，若mghAB=m-m成立，即可验证机械能守恒定律。

方法三：图像法。

从纸带上选取多个点，测量从第一个点到选取各点的下落高度h，并计算出各点速度的二次方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2-h图线。若在误差允许的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。

三、注意事项 　

1.应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：

(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。

(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小。

2.实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直。接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带。

3.纸带的选取

(1)以第一个点为起点时，要验证的是m=mghn，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为h=gt2=×10×(0.02)2m=2 mm。

(2)以下落中某点为起点时，要验证的是m-m=mghmn，这时选择纸带不需要满足前两点间距为2 mm。

4.计算速度时不能用v=gt或v=，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。

5.测量下落高度时，为减小实验误差，后边的点应距起点O较远，在测量各点到O点的距离时，应当用刻度尺从O点量起，一次性读出各点到O点的距离。

[关键点反思]

　　如图所示为小明同学做“验证机械能守恒定律”实验得到的纸带。他测出了起始点O到各个点的高度h，计算出打各点的速度v。

1.如何验证机械能守恒定律?

提示：比较任意两点的机械能是否相等。

2.图像法是验证物理规律的重要方法之一。实验中各点的速度与其到起始点的高度相关，能否通过速度与高度的关系图像来验证?若能，则图像的横、纵坐标应表示什么物理量?

提示：v-h图像为曲线，不便于分析，实验中应画-h图像。

3.验证机械能守恒定律时，要选择点迹清晰的纸带，是否必须选择第1、2两点间的距离应接近2 mm的纸带?

提示：若取不包括起始点的任意两点，根据减少的重力势能与增加的动能是否相等，也可验证机械能守恒定律，此时纸带第1、2两点间距不一定接近2 mm。

考法(一)　实验基本操作

　　[例1]　如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置。