8.5 实验：验证机械能守恒定律 【知识精研】高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

一、功（适用恒力）功率（平均功率）（瞬时功率）机车启动两问题①恒定功率启动②恒定加速度启动vtOvmvtOvm二、重力势能Ep

=mgh弹性势能W=EP1－EP2=－ΔEp重力（或弹力）做正功，势能减小重力（或弹力）做负功，势能增加四、机械能守恒定律动能定理合外力做功等于动能的变化量①合外力做正功，动能增大；②合外力做负功，动能减小Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或

E初＝E末Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或

ΔEp减＝ΔEk增EA2－EA1＝EB1－EB2或

ΔEA增＝ΔEB减三、动能人教版高中物理必修第二册

第八章

机械能守恒定律授课教师：xxx8.5实验：验证机械能守恒定律P9501实验思路物理量的测量02实验方案设计03问题1：机械能守恒定律的条件是什么？只有重力或弹力做功问题2：回顾以前学过的运动，哪种运动形式可以用来验证机械能守恒定律？自由落体运动只受重力，符合机械能守恒条件物体沿光滑斜面下滑时支持力不做功，符合机械能守恒条件用细线悬挂的小球摆动时，拉力不做功，忽略空气阻力，只有重力做功，符合验证条件问题3：需要测量的物理量有哪些？用什么方法测量？一、实验思路问题4：实验过程中可能有哪些因素会引起误差若想验证机械能守恒，需要测量那些物理量？（1）要验证的表达式：

或____________。（2）所需测量的物理量：物体所处两位置之间的

、物体的

。高度差运动速度注意：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；如果只是验证机械能守恒定律可以不测物体的质量。二、物理量的测量只有重力做功时，只发生重力势能和动能的相互转化。测量速度的方法有哪些？思路：极限法。方法：（1）纸带法：（2）光电门法：（3）平抛法：二、物理量的测量（1）实验器材打点计时器、纸带、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等夹子纸带重物？1.实验器材及设计01.【方案一】研究自由下落物体的机械能实验方案设计（2）实验装置打点计时器2.实验步骤(1)安装置：按图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。(2)打纸带：①将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方；②先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落；③关闭电源，取下纸带。更换纸带重复做3～5次实验。(3)选纸带：选取点迹清晰且第1、2两点间距接近2mm的纸带。(4)测长度：用毫米刻度尺测出所选定的各计时点到基准点的距离。01.【方案一】研究自由下落物体的机械能实验方案设计3.数据分析01.【方案一】研究自由下落物体的机械能实验方案设计01.【方案一】研究自由下落物体的机械能实验方案设计3.数据分析研究自由下落物体的机械能，需要验证的关系？？？？01.【方案一】研究自由下落物体的机械能实验方案设计4.注意事项01.【方案一】研究自由下落物体的机械能实验方案设计（1）打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向，以减小摩擦阻力。（2）重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减小空气阻力的影响，从而减小实验误差。（3）实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带。（4）测量下落高度时，为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在60～80cm之间。4.注意事项01.【方案一】研究自由下落物体的机械能实验方案设计（5）不需测出物体质量，只需验证

或

即可。（6）速度不能用vn＝gtn或

计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，所以速度应从纸带上直接测量计算。同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用

或

计算得到。01.【方案一】研究自由下落物体的机械能实验方案设计5.实验误差分析①系统误差：本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp。改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。②偶然误差：本实验在长度测量时产生的误差。减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值来减小误差。实验器材：气垫导轨及其附件、电源、电脑通用计数器、电子天平电子称测物体的质量02.【方案二】研究沿斜面下滑物体的机械能实验方案设计物体沿倾斜导轨下滑，下落过程中经过两光电门，两光电门的高度，用刻度尺测量，则减少的重力势能为mgh；用光电门处测量滑块的瞬时速度，质量用天平测出。02.【方案二】研究沿斜面下滑物体的机械能实验方案设计02.【方案二】研究沿斜面下滑物体的机械能实验方案设计请尝试说出以下装置如何验证机械能守恒？3.其他方案设计实验方案设计01.课堂小结实验：验证机械能守恒定律实验思路物理量的测量质量下落高度速度实验方案设计研究自由下落物体的机械能研究沿斜面下滑物体的机械能课堂小结(1)下列操作或分析中正确的有（）A．必须要称出重物的质量B．计时器两限位孔必须在同一竖直线上C．实验时，应先释放重锤，再打开电源D．用秒表测重物下落的时间(2)打下计数点B时物体的速度大小为

m/s；(3)重物从P到B减小的重力势能为

J，增加的动能为

J。（计算结果保留3位小数）1．某同学用如图甲所示的实验装置做《验证机械能守恒定律》的实验。实验时让质量为m=0.5kg的重物从高处由静止开始下落，重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，如图乙为实验时打出的一条纸带，选取纸带上连续打出三个点A、B、C，测出各点距起点P的距离，重力加速度取g=9.8m/s2，请完成下列问题：B0.980.2450.240练习B.A.C.D.(4)根据纸带计算出相关各点的速度

，用刻度尺量出下落的距离h，以为纵轴，以h为横轴做出的图像应该是下图中的（）由机械能守恒C练习练习2．图为某实验小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律的装置，实验的主要步骤有：A.将气垫导轨放在水平桌面上并调至水平；B.测出挡光条的宽度d；(1)本实验中

（填“需要”或“不需要”）满足m远小于M。C.分别测出滑块与挡光条的总质量M及托盘与砝码的总质量m；D.将滑块移至图示位置，测出挡光条到光电门的距离L；E.由静止释放滑块，读出挡光条通过光电门的时间t；F.改变挡光条到光电门的距离，重复步骤D、E，测出多组L和t。已知重力加速度为g，请回答下列问题：不需要实验中需验证砝码及托盘减少的重力势能与系统增加的动能是否相等，并不需要测量拉力，故不需要满足m远小于M。(3)多次改变挡光条到光电门的距离，重复步骤D、E，测出多组L和t，作出L随,的变化图像如图所示，图线为过坐标原点的直线，如果在误差允许的范围内当地的重力加速度大小为g=

时，可以判断槽码带动滑块运动过程中机械能守恒。（用题中已知量和测得的物理量符号表示）(2)若某次测得挡光条到光电门的距离为L，挡光条通过光电门的时间为t，滑块由静止释放至光电门的过程，系统的重力势能减少了

；若系统机械能守恒，应满足

。（用实验步骤中各测量量符号表示）mgL练习3．如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律：(1)对于该实验，下列操作必要且又正确的有______。A.重物应选用质量大和体积小的金属锤B.两限位孔必须在同一竖直线上C.精确测量出重物的质量D.用夹子夹好纸带稳定后，接通直流电源，然后松开夹子释放重物E.除图示所示器材外，为了完成实验，还必须增加刻度尺(2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带，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=

，动能变化量ΔEk=

。练习ABEmghB(3)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：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图像如图所示，并做如下