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

验证机械能守恒定律学习目标1、理解验证机械能守恒定律的实验原理，明确实验目的；2、掌握实验器材的选择、组装和使用方法，能规范完成实验操作；3、学会处理实验数据，判断机械能是否守恒，分析实验误差及原因。4、通过实验设计、操作和数据处理，提升动手操作和数据分析能力；5、体会“验证性实验”的思维方法，学会通过实验验证物理规律。知识回顾1.机械能守恒定律的内容在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能（重力势能、弹性势能）可以相互转化，而总的机械能保持不变。2.表达式守恒式：（初态总机械能=末态总机械能）转化式：（重锤法）验证（单个物体）机械能守恒选取自由下落的重锤为研究对象，忽略空气阻力和纸带摩擦，重锤下落过程中只有重力做功，机械能守恒。1.核心推导：重锤从某一高度下落，设下落高度为h，初速度为

，末速度为

，则初态机械能

，末态机械能

。若机械能守恒，则初态机械能等于末态机械能；或

（动能增加量等于重力势能减少量）。2.简化处理：为简化计算，取重锤下落的初始位置为重力势能零点，且让重锤从静止开始下落（

），则原理简化为

，约去质量m，只需验证

即可（无需测量重锤质量）。3.速度测量：利用打点计时器打出的纸带，根据匀变速直线运动中“中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度”，计算重锤在某点的瞬时速度（如纸带上某点的速度，等于该点前后相邻两点间的平均速度）。实验原理实验器材铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。实验步骤及注意事项1、将铁架台固定在实验台上，把打点计时器固定在铁架台的上方，连接好电源；将纸带一端固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，使重锤自然下垂（纸带处于竖直状态，减小摩擦）2、先接通电源，待打点计时器稳定工作后，再释放重锤，让重锤自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点迹；3、重复实验2-3次，选取点迹清晰、分布均匀的纸带作为实验数据处理的对象；4、取下纸带，用刻度尺测量纸带上相关点的距离，记录数据。1、重锤选择质量较大、体积较小的，减小空气阻力的影响；2、打点计时器要固定牢固，纸带要竖直，避免纸带与限位孔摩擦；3、必须先接通电源，待计时器稳定后再释放重锤，避免打不出点或点迹模糊；4、测量距离时，刻度尺要与纸带平行，读数要估读到分度值的下一位。数据记录及处理实验误差分析系统误差：主要来自空气阻力和摩擦阻力，使动能增加量小于重力势能减少量。偶然误差：主要来自长度测量、点迹判断，可通过多次测量减小。实验只能在误差允许范围内验证机械能守恒定律，不可能完全相等。（气垫导轨上）验证（系统）机械能守恒选滑块M和钩码m做为研究对象，忽略气垫导轨摩擦及空气阻力，M和m组成的系统的机械能守恒实验原理实验器材气垫导轨、滑轮、细线、光电门、遮光条、滑块、钩码、刻度尺、天平实验步骤(1)将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平；(2)测出挡光条的宽度d和两光电门中心之间的距离L；(3)将滑块移至光电门A右侧某处，待钩码静止不动时，释放滑块，要求钩码落地前挡光条已通过光电门B；(4)测出滑块分别通过光电门A和光电门B时的挡光时间

和

；(5)用天平测出滑块和挡光条的总质量M，再测出钩码的总质量m；实验过程数据记录与处理实验误差分析误差结论系统误差占主导，主要来自空气粘滞阻力与光电门平均速度近似实验结果一般表现为：重力势能减少量略大于系统动能增加量只能在误差允许范围内验证机械能守恒定律减小误差的措施实验前精细调平导轨选用较窄的挡光片，使平均速度更接近瞬时速度保证气源稳定、气压足够，减小阻力挡光片严格垂直导轨运动方向多次测量取平均值选择质量较大的滑块，减小阻力相对影响课堂练习用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点，对纸带上点迹间的距离进行测量，可验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为g。（1）为了减小实验误差，对体积和形状相同的重锤，实验时应选择的材质是

。A．木质

B．钢质

C．泡沫

D．塑料（2）除图1中所示的装置之外，还必须使用的器材是

。A．直流电源、天平（含砝码）

B．直流电源、刻度尺C．交流电源、天平（含砝码）

D．交流电源、刻度尺（3）如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，通过测量并计算出点B距起始点O的距离为x0，B、C两点间的距离为x1，C、D两点间的距离为x2，若相邻两点的打点时间间隔为T，重锤质量为m，根据这些条件计算重锤从释放到打下C点时的重力势能减少量ΔEp=

，动能增加量ΔEk=

。（4）某同学利用图2中纸带，先分别测量出从A点到B、C、D、E、F、G点的距离h（其中F、G点为E点后连续打出的点，图中未画出），再计算打出B、C、D、E、F各点时重锤下落的速度v，绘制v2—h图像，如图3所示，并求得图线的斜率k。请说明如何根据图像验证重锤下落过程机械能是否守恒？

（5）在一次测量中，某同学发现ΔEk略大于ΔEp，出现这一结果的原因可能是

。A．存在空气阻力和摩擦力B．接通电源前释放了纸带（2019云南楚雄州姚安一中期末）为了“验证机械能守恒定律”，某学生想利用气垫导轨和光电门及质量为m的小车来进行实验，如图所示，他将长为L、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高H，在导轨上的两点处分别安装光电门A和B，然后将小车从导轨上端释放，光电门自动记录小车经过A、B光电门时，车上挡光片的挡光时间△t1、△t2，用游标