实验+验证机械能守恒定律+高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

5实验：验证机械能守恒定律本实验借助验证机械能守恒定律自由落体运动案例1

研究自由落体运动的机械能一、实验原理

在自由落体运动中，若物体下落高度h时的速度为v,则由机械能守恒定律可知：hvmgh=mv

212问题1本实验要不要测量物体的质量？mgh

=mv

212gh

=v

212无需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，那就需要知道物体的质量。实验操作把打点计时器安装在铁架台上，并接好学生电源。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。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。重复上一步的过程，打三到五条纸带。问题2纸带上的第一个点为计时起点0（起始点的速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落）。gh

=v

21212x

=

gt2

=

×9.8×0.022m

≈2×10-3m=

2

mm12h起始点纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。实验原理2A2B2121mvmvmgΔh-=？

要证明上式是否成立，需要测量哪些物理量？可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?ΔhAB辨析计算物体的速度，可有三种方法第1种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用第2种方法认为加速度为g，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于g，故这种方法也不能用h实验器材重物、打点计时器、纸带、交流电源、铁架台、夹子、天平、毫米刻度尺实验步骤与操作1、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。实验步骤与操作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；实验步骤与操作4、释放纸带时应注意什么问题？先通电源，再释放纸带释放重物前，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。实验操作把打点计时器安装在铁架台上，并接好学生电源。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。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。重复上一步的过程，打三到五条纸带。实验操作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l23456下落高度速度势能动能结论方法二：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___的直线，则机械能守恒定律得到验证.g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。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hh2h1OABC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.2.实验步骤①把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，记录下两次挡光的时间Δt1和Δt2.②测量两光电门之间高度差Δh③计算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.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.三、系统的机械能守恒

用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，物块2从高处由静止开始下落，物块1上拖着的纸带打出了一系列的点.图乙给出的是实验中获取的一条纸带，其中0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个计时点(图中未标出).已知物块1、2的质量分别为m1＝50g、m2＝150g.(电源频率为50Hz，结果均保留两位有效数字)(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝____m/s.2.4(2)在打点0～5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.(g取10m/s2)0.580.60(3)若某同学作出的

v2－h图像如图丙所示，则当地的实际重力加速度g＝____m/s2.9.7

如图所示装置可用来验证机械能守恒定律.长度为L的轻绳一端固定在O点，另一端系一摆锤A，在A上放一个小铁片.现将摆锤拉起，使轻绳偏离竖直方向θ角，由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P阻挡而停止运动，这时铁片将做平抛运动而飞离摆锤，用刻度尺量出铁片的水平位移为x，下落高度为H.(不计A与铁片间的摩擦)(1)要验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤初始位置离最低位置的高度，其高度应为___________，同时还应求出摆锤在最低位置时的速度，其速度应为_______.(重力加速度为g)L(1－cosθ)四、利用平抛运动验证机械能守恒(2)用实验中测量的物理量写出验证摆锤在运动中机械能守恒的关系式为__________________.x2＝4HL(1－cosθ)作业注意事项：1、重力加速度取值2、有效数字3、单位换算4、不允许用计算器一、实验步骤和数据处理

某实验小组“用落体法验证机械能守恒定律”，请根据实验原理和步骤完成下列问题：例1(1)关于上述实验，下列说法中正确的是_____.A.重物最好选择密度较小的木块B.重物的质量可以不测量C.实验中应先接通电源，后释放纸带D.可以利用公式v＝

来求解瞬时速度BC(2)如图乙是该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O点是起始点，选取纸带上连续的点A、B、C、D、E、F作为计时点，并测出各计时点到O点的距离依次为27.94cm、32.78cm、38.02cm、43.65cm、49.66cm、56.07cm.已知打点计时器所用的电源是50Hz的交流电，重物的质量为0.5kg，则从计时器打下点O到打下点D的过程中，重物减少的重力势能ΔEp＝______J；重物增加的动能ΔEk＝______J，两者不完全相等的原因可能是____________________________.(重力加速度g取9.8m/s2，计算结果保留三位有效数字)2.14

2.12重物下落过程中受到阻力作用(3)实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计时点A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度v，以各计时点到A点的距离h′为横轴，v2为纵轴作出图像，如图丙所示，根据作出的图像，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒的依据是：___________________________________________________.图像的斜率等于19.52，约为重力加速度g的两倍，故能验证

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°.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5.00×10－2s、2.00×10－2s.已知滑块质量为2.00kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00cm，光电门1和2之间的距离为0.54m，g取9.80m/s2.(结果均保留三位有效数字)(1)滑块通过光电门1时