课件40张PPT。第九节 实验：验证机械能守恒定律 一、实验目的
验证机械能守恒定律．
二、实验原理
通过实验，求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量．若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．
三、实验器材
打点计时器及电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线．四、实验步骤
1．安装：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接．
2．接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带．
3．选纸带：选取点迹较为清晰的．挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0,1,2,3……
4．数据测量：测出0到点1、点2、点3……的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3……六、注意事项
1．安装打点计时器时，必须使两个限位孔在同一竖直线上，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，可使空气阻力减小．
3．实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动．接通电源后，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点．
七、误差分析
1．本实验的误差主要来自于空气阻力及纸带和计时器限位孔之间的摩擦．故重力势能的减少量应等于动能增加量和克服阻力做功之和．所以动能的增加量应略小于重力势能的减少量．2．偶然误差
测量长度时会带来误差，减小误差的办法是：
(1)测距离时都应从打第一个点O点量起．
(2)多测几次取平均值．
3．系统误差
实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于重力势能的减少量ΔEp.
在“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列A至F六个步骤：
A．将打点计时器竖直固定在铁架台上
B．接通电源，再松开纸带，让重锤自由下落
C．取下纸带，更换纸带(或将纸带翻个面)，重新做实验
答案：(1)ADBCEF (2)BCD【针对训练】 1.关于验证机械能守恒定律的实验步骤有以下说法
A．把打点计时器固定在铁架上，并且用导线将打点计时器接在低压交流电源上
B．将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让重物尽量靠近打点计时器
C．松开纸带，接通电源
D．更换纸带，重复几次，选用点迹清晰且第1、2两点间距为2 mm的纸带E．用天平称出物体的质量，利用mgh＝mv2/2验证机械能守恒定律
在上述实验步骤中错误的是______；多余的是______．
答案：C E
在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取出的计数点．根据以上数据，可知重物(质量为m)由O点运动到B点时：
(1)重力势能的减少量为________；
(2)动能的增加量为________；
(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？(3)从(1)、(2)中计算的数据得出在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其动能的增加，机械能守恒．
重物减少的重力势能略大于其增加的动能，原因是重物在下落时要受到阻力作用(打点计时器对纸带的摩擦力、空气阻力)，克服阻力做功．
答案：(1)1.911m (2)1.864m (3)见解析
【题后总结】(1)动能增量略小于势能减少量，属于系统误差．
(2)注意处理数据时的单位换算．【针对训练】 2.在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，取当地的重力加速度g＝9.8 m/s2，测得所用的重物的质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．经测量知道A、B、C、D各点到O 的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于____J，动能的增加量等于______J(取3位有效数字)．
答案：7.62 7.561．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具直接测量的和通过计算得到的有( )
A．重锤的质量
B．重力加速度
C．重锤下落的高度
D．与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度
答案：CD2．如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中N点来验证机械能守恒定律．下面举出一些计算打N点时纸带下落速度的方法，其中正确的是(T是打点周期)( )
答案：C
答案：A4．用落体法验证机械能守恒定律中
(1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为______．
A．打点计时器(包括纸带) B．重锤
C．天平 D．毫米刻度尺
E．秒表 F．运动小车
(2)打点计时器的安装放置要求为______________ _______________________________________________；
开始打点计时的时候，应先__________，然后__________．
答案：(1)ABD
(2)使两个限位孔的中线严格竖直 先接通电源 释放纸带
(3)点迹清晰点间距合适
(4)纸带通过打点计时器时的阻力和重锤所受的空气阻力 小于它所减少的重力势能 应选体积小、密度大的重锤
(5)一条过原点的倾斜直线 重力加速度5.某个小组的三位同学按照正确的操作选得纸带如图．其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，打点计时器所用电源频率为f＝50 Hz，设重锤质量为1.00 kg.(3)丙同学用AC段的平均速度作为跟B点对应的重锤的瞬时速度，若hA＝9.51 cm，hB＝12.42 cm，hc＝15.70 cm，则丙同学算得该段重锤重力势能的减少量为________J(计算结果保留三位有效数字，下同)，而动能的增加量为________J，这样得到的结果是重力势能的减少量________动能的增加量(选填“大于”、“小于”或“等于”)．
(4)若你是指导老师，你认为三个同学的数据处理方法中较合理的是________．(选填“甲”、“乙”或“丙”，此空为不定项选择)
解析：甲同学用vB＝ngT求得的速度vB为理论值，但由于实验中存在阻力，重锤实际下落的高度比理论上在nT时间内下落的小，故造成重力势能的减少小于动能的增加．
乙同学用机械能守恒规律验证机械能守恒，故得到的重力势能的减少等于动能的增加．
答案：(1)小于 (2)等于
(3)1.22 1.20 大于 (4)丙6．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.00 kg.
若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02 s)，那么(1)纸带的________端与重物相连．
(2)打点计时器打下计数点B时，重物的速度vB＝______________.
(3)在从起点O到打下计数点B的过程中重力势能的减少量是ΔEp＝________，此过程中重物动能的增加量是ΔEk＝________.
(4)通过计算，数值上ΔEp______ΔEk(选填“＞”、“＝”或“＜”)，这是因为______________________．
(5)实验的结论是____________________________．
答案：(1)左 (2)0.98 m/s (3)0.49 J 0.48 J
(4)＞ 实验中存在着阻力 (5)在误差允许的范围内，重物的机械能守恒第九节 实验:验证机械能守恒定律
【试题评价】
1. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，除天平、铁架台、夹子、纸带和重物外，还需要（ ）
A. 秒表 B. 刻度尺 C. 学生电源 D. 打点计时器
2. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，对于自由下落的重物，下列选择条件中可取的是（ ）
A. 选用重物时，重的比轻的好
B. 选用重物时，体积小的比大的好
C. 重物所受重力应与它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力平衡
D. 重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力
3. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列叙述正确的是（ ）
A. 安装打点计时器时，两纸带限位孔应在同一竖直线上
B. 实验时，在松开纸带让重物下落的同时，应立即接通电源
C. 若纸带上开头打出的几点模糊不清，也可设法用后面清晰的点进行验证
D. 测量重物下落高度必须从起始点算起
4. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样会导致实验结果（ ）
A. ＞ B. ＜
C. = D. 以上均有可能
5. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m＝1kg的物体自由下落，得到如图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为0.04s。那么从打点计时器打下起点O到打下B点的过程中，物体重力势能的减少量Ep＝_______J，此过程中物体动能的增加量Ek=______J。由此可得到的结论是：
。(g=9.8 m/s2，保留三位有效数字)
⒍ 用打点计时器和重物在自由下落的情况下验证机械能守恒定律的实验中，电源频率为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4，则
（1）在图两条纸带中应选取的纸带是________，因为______________。
（2）如从起点0到第3点之间来验证，必须测量和计算出的物理量为________，验证的表达式为______________。
⒎ 纸带上已按要求选出0、1、2、3、4、5、6七个计数点，相邻计数点间的距离依次为x1、x2、x3、x4、x5、x6，则可以判断和计算出（ ）
A. 计数点0的对应速度v0一定为0
B. 根据可计算1号点的对应速度，同理可算出v2、v3、v4、v5
C. 无法计算出v0和v6的大小
?D. 可作出v—t图象求出斜率即加速度
⒏ 某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，不慎将选好纸带的前面一部分破坏了，剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图上。已知打点计时器的工作频率为50Hz，重力加速度g取9.80m/s2，利用这段纸带能否验证机械能守恒定律？如何验证？
⒐ 给你一架天平和一只秒表，你如何来估测用手竖直上抛小球时，手对小球做的功？要求写出：
(1)?需测定哪些量？如何测量？
(2)?计算时所需关系式及最后所做功的表达式。
⒑为了测定一根轻弹簧压缩最短时能储存的弹性势能的大小，可将弹簧固定在一带有光滑凹槽的轨道一端，并将轨道固定在水平桌面的边缘上，如下图所示，用钢球将弹簧压缩至最短，然后突然释放，钢球将沿轨道飞出桌面，实验时：
(1)需要测定的物理量______________。
(2)计算弹簧最短时弹性势能的关系式是Ep=______________。
⒈ BCD ⒉ ABD ⒊ ACD ⒋ A ⒌ 0.228 0.226 误差允许范围内，机械能守恒。 ⒍ ⑴ a 0,1两点距离接近2mm,误差小。 ⑵ h, v
gh=v2/2 ⒎ BD ⒏ 能 gh=V22/2-V12/2 ⒐ ⑴ m 和 V0 用天平测出小球质量。用秒表测出小球上抛的时间，求出初速度。 ⑵ mg2t2/8 ⒑
⑴ m、h 和 s ⑵ mgs2/4h
【错题集锦】
题号
错误原因
对错误的认识
更正方法
高中物理 第1章末检测教案新人教版必修2
课标要求：
1.了解“验证机械能守恒定律”的实验装置和操作方法
2.掌握纸带的选取原则，并会运用不同方法处理实验数据
3.通过对实验数据的处理，理解动能和势能之间的相互转化
重点：1.实验的操作方法
2.纸带的选取原则，运用不同方法处理实验数据
难点：通过图像法验证机械能守恒定律
巩固基础
1. 在用自由落体运动“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中必须要通过工具测量和计算得到的有（ ）
A．重锤的质量 B．重力加速度
C．重锤下落的高度 D．与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度
2. 利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验步骤编排如下，其中有些是必要的，有些是错误的，根据实验，请选出必要的步骤，并按正确的操作顺序把它们前面的字母填写在题后的横线上。
A．用天平称出重锤的质量
B．用秒表测出重锤下落的时间
C．断开电源，拆掉导线，整理仪器
D．接通电源，释放纸带
E．把纸带固定到重锤上，并把纸带穿过打点计时器，然后提升一定高度
F．在三条纸带中选出合适的一条，测量相关数据，计算出结果，得出结论
G．把打点计时器接到低压交流电源上
H．断开电源，更换纸带，再重做两次
I．把打点计时器固定在桌边的铁架台上
3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，以下有关注意事项说法不正确的是（ ）
A．安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力．
B．纸带长度应选用60 cm左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量．
C．重物应选用质量小、体积大、密度小的材料．
D．重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．
4．图示装置为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：
（１）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有 。（填正确选项前的字母）
Ａ.米尺 Ｂ.秒表 Ｃ.０～１２Ｖ的直流电源 Ｄ. ０～１２Ｖ的交流电源
（２）实验中误差产生的原因有 ，
。（写出两个原因）
5．利用题4图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度和下落高度。某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案中正确的是（ ）
A．用刻度尺测出物体下落的高度，并测出下落时间,通过计算出瞬时速度v
Ｂ．用刻度尺测出物体下落的高度，并通过计算出瞬时速度v
Ｃ．用刻度尺测出物体下落的高度，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度
Ｄ．根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度，并通过计算出高度
6．用落体法“验证机械能守恒定律”的实验中：
(1)在验证mv2＝mgh时，应该取起始点到相距较远的另一个点进行验证，为此，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近__________．
(2) 根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图象应是图中的 ( )
7．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图)，把第一个点记作O，选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm，根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于______J，动能的增加量等于______J(取三位有效数字)．
提升能力
8．光电计时器是一种研究物体运动情况时的常用计时仪器，如图甲所示，a、b 分别是光电门的激光发射和接收装置。
现利用如图乙所示的装置验证机械能守恒定律。方法是：在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平放置的气垫导轨上，通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连，连接好1、2两个光电门，在图示位置释放滑块后，光电计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的时间分别为、。已知滑块（含遮光板）质量为M、钩码质量为m、两光电门间距为S、遮光板宽度为L、当地的重力加速度为g。
（1）计算滑块先后通过两个光电门时的瞬时速度的表达式为：(用题中给定字母表示)
＝__________、＝_________；
（2）本实验中，验证机械能守恒的表达式为 。(用题中给定字母表示)
感悟经典
（2008年全国一卷）如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1>m2.现要利用此装置验证机械能守恒定律．
(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有________．(在横线上填入选项前的编号)
①物块的质量m1、m2；
②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；
③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；
④绳子的长度．
(2)为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：
①绳的质量要轻；
②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；
③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；
④两个物块的质量之差要尽可能小．
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是________．(在横线上填入选项前的编号)
(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：____________________.
【答案】 (1)①②或①③ (2)①③
(3) “对同一高度进行多次测量取平均值”；“选取受力后相对伸长尽量小的绳”；等等．
第九节 实验 ：验证机械能守恒定律
1.CD 2.I G E D H C F 3.C 4.(1)A D (2)空气阻力、纸带与电磁打点计时器间有摩擦等 5.C 6. (1)2 mm (2) C 7. 7.62 7.56
8.（1） ；
（2）
物理必修二《7.9 实验验证机械能守恒定律》教学设计
【教学目标】
知识与技能
1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。
2、掌握验证机械能守恒定律的实验原理。
【教学重点】
掌握验证机械能守恒定律的实验原理。
【教学难点】
验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。
【教学课时】
1课时
进行新课
教师活动：在学生开始做实验之前，老师应强调如下几个问题：
1、该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是第一点O为计时起点，O点的速度应为零。怎样判别呢？
2、是否需要测量重物的质量？
3、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？
4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？为什么？
5、测量下落高度时，某同学认为都必须从起始点算起，不能弄错。他的看法正确吗？为了减小测量 h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好，还是近些好？
学生活动：思考老师的问题，讨论、交流。选出代表发表见解。
1、因为打点计时器每隔0.02 s打点一次，在最初的0.02 s内物体下落距离应为0.002 m，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年2 mm 的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔 t =0.02 s.
2、因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量 m，而只需验证就行了。
3、打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用。
4、必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落。
5、这个同学的看法是正确的。为了减小测量 h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好。
教师活动：听取学生汇报，点评，帮助学生解决困难。
学生活动：学生进行分组实验。
【课堂训练】
（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：
；缺少的器材是 。
（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v2／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。
（3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图3所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____ _____。在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为___ _____。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为研究对象。
（4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。
①打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB= m/s，重锤的动能EkB=
J。
②从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为 J。
③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是 。
参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺。（2）通过原点的直线、g. （3）（s6+ s5+ s4- s3- s2 –s1）/9T 2，
（s5+ s6）/2T，1、5. （4）①1.175， 0.69，0.69②0.69， ③机械能守恒。
【课堂小结】
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
