课件30张PPT。课时1 实验：探究动能与重力势能的转化和守恒一、实验目的
通过研究物体自由下落过程中动能与重力势能的变化，验证机械能守恒定律。 二、实验原理
1．物体在自由下落过程中，重力势能减少，动能增加。如果
忽略空气阻力，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能
的减少量等于动能的增加量。设物体的质量为m，用打点计时
器打下纸带，由纸带测算出至某时刻下落的高度h及该时刻的
瞬时速度v；进而求得重力势能的减少量│ΔEp│=mgh和动能的
增加量ΔEk= mv2；比较│ΔEp│和ΔEk，若在误差允许的范
围内相等，即可验证机械能守恒。2．测定第n点的瞬时速度vn：依据“物体做匀变速直线运动，在某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度”，用公式vn=（hn+1-hn-1）/2T计算(T为打下相邻两点的时间间隔)。 三、实验器材
电火花计时器(或电磁打点计时器)，交流电源，纸带(复写纸片)，重物(带纸带夹)，导线，毫米刻度尺，铁架台(带铁夹)。 四、实验过程
1.实验步骤
(1)按图示装置固定好计时器，并用导线将计时器接到电压合适的交流电源上(电火花计时器要接到220 V交流电源上，电磁打点计时器要接到4 V～6 V的低压交流电源上)。(2)将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方。
(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点。换几条纸带，重复做3～5次实验。
(4)选纸带：分两种情况
①应选点迹清晰，且1、2两点间的距离小于或接近2 mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的。这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不宜选。②用 验证时，由于重力势能的相对性，处
理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2
两点间的距离是否小于2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点
迹清晰就可选用。2.数据处理：在起始点标上0，以后各点依次标上1、2、3…用
刻度尺测出对应的下落高度h1、h2、h3…利用公式
计算出点1、点2、点3…对应的瞬时速度v1、v2、v3…3.验证
方法一：利用起始点和第n点计算。计算ghn和 如果在误差
允许的范围内 则机械能守恒定律得到验证。
方法二：任取两点计算。
(1)任取两点A、B测出hAB，算出ghAB。
(2)算出 的值。
(3)若在误差允许的范围内ghAB= 则机械能守恒定律
得到验证。【知识点拨】
实验注意事项
（1）打点计时器安装时，必须使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
（2）实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的点。
（3）选用纸带时应尽量挑选打点清晰的纸带。
（4）打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。（5）测量下落高度时，必须从起始点算起，不能搞错，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远一些，
纸带也不宜过长，有效长度可在60 cm～80 cm之间。
（6）实验中，只要验证gh是否等于 即可，不用测重锤的质
量。
（7）要选密度大、质量大、体积小的物体，以减小运动物体所
受的阻力的影响（使重力远大于阻力）。【知识点拨】
根据纸带数据计算某一点纸带运动的瞬时速度。瞬时速度计算
的理论依据是：做匀变速直线运动的物体某段时间内的平均速
度等于该段时间中间时刻的瞬时速度：即1.本实验要探究在只有重力势能和动能相互转化的条件下，重力势能的变化与动能变化的关系，因此要尽可能地减小各种阻力的影响。实验中,打点计时器应怎样安放才能更好地减小阻力的影响?
提示：将打点计时器固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔要调整在竖直方向,以减小摩擦阻力。2.为了减小空气阻力对实验结果的影响,对重物的选择有何要求?
提示：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。3．在实验中是否需要测量重物的质量？
提示：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。4.如图所示为该实验中得到的一条纸带。
求打B点时的速度时,有同学应用公式vB=gtAB,该同学的做法是
否正确?请说明理由。提示：这种做法是错误的。原因有以下几方面:
(1)打A点时的速度不一定为0。
(2)因阻力的影响,物体下落的加速度一定小于g。
(3)若认为加速度为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，况且用vn=gtn计算出的速度比实
际值大，可能会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影
响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上测量 后用
计算。 【知识点拨】
本实验中的误差分析
（1）偶然误差：测量长度带来的误差，减小办法：一是测距离时都应从0点量起，一次性读出各点到0点的距离,二是多测几次取平均值。
（2）系统误差：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必定稍小于势能的减小量ΔEp。【规律方法】
处理纸带的时候速度能不能用 或v=gt计算
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。
v=gt认为加速度为g，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际
加速度必小于g，故这种方法也不能用。 实验器材及误差分析
【典例1】如图为验证机械能守恒定律的
实验装置示意图。现有的器材为：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______________________。
(填入正确选项前的字母)A.米尺 B.秒表
C.0～12 V的直流电源 D.0～12 V的交流电源
(2)实验中误差产生的原因有________________________。(写出两个原因)
【思路点拨】
解答本题时要把握以下两点：
(1)要熟悉本实验使用的实验器材。
(2)要能正确分析本实验产生误差的原因。 【解析】(1)用A选项的米尺测量长度，用D选项的交流电源供打点计时器使用。(2)纸带与打点计时器之间有摩擦，用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差，计算势能变化时，选取始末两点距离过近，交流电源的频率不稳定等均是误差产生的可能原因。
答案:(1)A、D (2)见解析 数据处理
【典例2】（2012·广州高一检
测）某个小组的三位同学按照正
确的操作选的纸带如图。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。（1）甲同学发现，图中的B点是除起始点外打点计时器打下的
第n个点。因此他用vB=ngT(T是打点计时器的打点周期)计算B点
对应时刻物体的速度，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”）。
（2）乙同学认为，可以利用O点到B点的距离hB计算B点对应时
刻物体的速度 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”）。（3）丙同学用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，若hA=9.51 cm，hB=12.42 cm，hC=15.70 cm，则丙同学算得OB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合理的是___________。（选填“甲”“乙”“丙”，此空为不定项选择）【思路点拨】
解答本题应把握以下两点：
（1）理解验证机械能守恒定律的原理。
（2）根据纸带求某点的瞬时速度，进一步求动能。【解析】（1）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，物体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量小于动能的增加量。
（2）乙同学用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，故得到的
势能的减少量等于动能增加量。
（3）在丙同学的验证中，势能减少量ΔEp=mghB=1.22 J,
故动能增加量
由于实验中阻力做功，使得物体重力势能的减少量略大于动能的增加量。(4)丙同学的数据处理方法较合理。答案：（1）小于 （2）等于
（3）1.22 1.20 大于 （4）丙 【规律方法】
本题实验误差产生的原因
在验证机械能守恒定律的实验中，误差的一部分来自于空气阻力及纸带和打点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，所以本题在计算结果上肯定是重力势能减少得多，动能增加得少，其差值除偶然误差外，就是上述原因造成的。课件41张PPT。课时2 能量守恒定律1.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化。
2.理解机械能守恒定律的内容。
3.能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式。
4.理解能量守恒定律，能列举、分析生活中能量转化和守恒的例子。 重点：1.机械能守恒定律的内容。
2.能量转化和守恒定律。
难点：1.从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件。
2.能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守
恒。一、机械能守恒定律
1.机械能:_____和_____统称为机械能。
2.机械能守恒定律
(1)内容:在只有_________的情况下,物体的动能与重力势能可
以发生相互转化,但机械能的总量_________。
(2)表达式:Ek2+Ep2=______。
(3)条件:_____________。 动能势能重力做功保持不变Ek1+Ep1只有重力做功二、能量守恒定律
1.能量守恒定律
（1）内容
能量既不能凭空_____，也不能凭空_____，它只能从一种形式转
化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化或转
移的过程中其总量_________。产生消失保持不变（2）意义
①能量守恒定律是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更为普遍。例如，物体在空中下落受到阻力时，物体的机械能不守恒，但包括内能在内的总能量是守恒的。
②能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系。
③能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一。2．能量的转化
只有重力做功时,物体的_____和_________相互转化;只有弹力做
功时,物体的动能和_________相互转化;在我们身体中,化学能转
化为_____、_______；风力或水力发电站将风能或水的重力势能
转化为_____；物质燃烧时，_______转化为内能和光能……
3.永动机：不消耗任何_____却能持续不断地对外_____的机器。 动能重力势能弹性势能内能机械能电能化学能做功能量【判一判】
（1）机械能包括动能和势能。( )
（2）只有重力对物体做功与物体只受重力含义相同。( )
（3）物体处于平衡状态时，机械能一定守恒。( )
（4）随着科技的发展，不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是可以制成的。( )
（5）能量能从一种形式转化为另一种形式，也能从一个物体转移到另一个物体。( )提示：（1）机械能包括动能和势能，其中势能又包括重力势能和弹性势能，故（1）对；
（2）只有重力做功，包括两种情况：第一种情况，物体只受重力，不受其他的力；第二种情况，物体除受重力外还受其他的力，但其他力不做功。物体只受重力仅指上述第一种情况，故（2）错；
（3）不一定，如重物在竖直向上的外力作用下，沿竖直方向匀速上升的过程中，其机械能逐渐增加，故（3）错。（4）不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机违背了能量守恒定律。即使以后科技再发达，也要受自然规律的制约，所以永动机是永远不可能制成的，故（4）错；
（5）能量可以在不同物体之间转移也可以在不同形式间转化，但能的总量保持不变，故（5）对。 探究机械能守恒定律
1.交流讨论机械能守恒定律可以用哪些数学表达式表述？
提示：机械能守恒定律的数学表述
(1)用系统的状态量表述：E初=E末，或者Ek1+Ep1=Ek2+Ep2,
即系统的初状态的机械能总量等于末状态的机械能总量。
(2)用系统的状态量的增量表述：ΔE=0，即系统的机械能增量为0。(3)用系统的动能增量和势能增量间的关系表述：ΔEk=-ΔEp,即系统动能的增加(减少)量等于势能的减少(增加)量。2.机械能守恒的条件是只有重力或
弹簧的弹力做功，是不是意味着系
统只受重力或弹力呢？试从做功的
特点上对机械能守恒的条件加以分
析。
提示：只有重力或弹簧的弹力做功，
绝不是意味着系统只受重力或弹力，
可以受其他力，但是其他力不能做功或所做功代数和为零。
从做功特点看：只有重力和系统内的弹力做功，具体表现在：①只受重力(或系统内的弹力)，如：所有做抛体运动的物体(不
计阻力)。
②还受其他力，但只有重力(或系统内的弹力)做功，如图所示。甲图中，如不计空气阻力，小球在摆动过程中线的拉力不做功，只有重力做功，小球的机械能守恒。
乙图中，如不计空气阻力，球在摆动过程中，只有重力和弹簧与球间的弹力做功，球与弹簧组成的系统机械能守恒，但对球来说，机械能不守恒。
③单个物体的机械能不守恒，系统的机械能守恒。如图丙所示，A、B构成的系统，忽略绳与滑轮的质量和绳与滑轮间的摩擦，在A向下、B向上运动过程中，FA和FB都做功，但WA+WB=0，不存在机械能与其他形式能量的转化，则A、B系统机械能守恒。但是A的机械能不守恒，B的机械能也不守恒。丁图中，A、B间及B与接触面间的摩擦均不计，A自B上端自由下滑时，B沿地面滑动，B对A的弹力做功，故A的机械能不守恒。A对B的弹力做功。故B的机械能不守恒，但A、B组成的系统机械能守恒。3.结合下表比较机械能守恒定律和动能定理。
提示：只有重力和弹力做功时无条件限制其他力(重力、弹力以外)
所做的功是机械能变化
的量度合外力对物体做的
功是动能变化的量
度守恒的条件和始末状态
机械能的形式及大小动能的变化及改变
动能的方式(合外
力做功情况)等号右边表示动能增量
时，左边表示势能的减
少量等号左边是合外力
做的功，右边是动
能的增量【探究归纳】
1.动能和势能统称为机械能。
2.机械能守恒定律
（1）在只有重力做功的条件下，物体的动能和重力势能相互转化，但机械能的总量保持不变。
（2）在只有弹力做功的条件下，物体的动能和弹性势能相互转化，但机械能的总量保持不变。3.机械能守恒的条件
（1）系统内只有重力或只有弹力做功。
（2）系统内的摩擦力不做功，合外力（除重力、弹力以外的力）
做功的代数和为零。
4.表达式：【规律方法】
1.机械能守恒的应用
(1)守恒条件
只有重力和弹簧弹力做功。只有重力做功时对应动能和重力势能的相互转化，只有弹簧弹力做功时对应动能和弹性势能的相互转化。（2）判断机械能是否守恒的两种方法
①从做功角度：只有重力(一般指单个物体)或内部弹力(一般指系统)做功，其他力不做功或所做功代数和为零。②从能量转化角度：系统机械能没有和外界其他形式的能发生相互转化，只发生系统内部势能和动能的相互转化。
许多情况下可以用以上两种方法结合分析判断。 2.机械能守恒定律的应用及其注意的问题
（1）应用机械能守恒定律解题的一般步骤
①明确研究的系统。
②判断系统在运动过程中机械能是否守恒。
③确定零势能面，明确始末位置的机械能。
④根据机械能守恒定律列方程求解。
⑤检查结果是否合理。
(2)利用机械能守恒定律解题的优越性
机械能守恒定律只涉及起始和终了状态，不涉及中间过程的具体细节，因此用它处理问题相当简捷。【典例1】如图所示，在大型露天游乐场
中翻滚过山车的质量为1 t，从轨道一侧
的顶点A处由静止释放，到达底部B处后
又冲上环形轨道，使乘客头朝下通过C点，
再沿环形轨道到达底部B处，最后冲上轨道另一侧的顶端
D处，已知D与A在同一水平面上。A、B间的高度差为20 m，
圆环半径为5 m,如果不考虑车与轨道间的摩擦和空气阻力，
g取10 m/s2。试求：（1）过山车通过B点时的动能；
（2）过山车通过C点时的速度；
（3）过山车通过D点时的机械能。(取过B点的水平面为零势能
面)
【思路点拨】
解答本题应把握以下两点：
（1）分析物体受力情况，判断物体的机械能是否守恒。
（2）确定研究过程，利用机械能守恒定律求解。【解析】(1)过山车由A点运动到B点的过程中,由机械能守恒定
律ΔEk增=ΔEp减可得过山车在B点时的动能。
(2)同理可得,过山车从A点运动到C点时有
解得
(3)由机械能守恒定律可知,过山车在D点时的机械能就等于在
A点时的机械能,取过B点的水平面为零势能面,则有
答案:(1)2×105 J (2)10 m/s (3)2×105 J【变式训练】（2012·滨州高一检测）在离
地面高h的地方，以v0的速度水平抛出一石
块，若不计空气阻力，求石块刚落至地面时
速度的大小。
【解析】对石块，从被抛出到刚落至地面，
只有重力做功，选地面为零势能面，由机械能守恒定律得：
答案: 能量守恒定律
1.请同学们认真观察下列图片,并说明各种装置中能量的转化情况,由此我们能得到什么结论?太阳能内能机械能化学能结论：能量是可以相互转化的。2．在一个玻璃容器内放入沙子，拿一个小铁球从某一高度释放，使其落到沙子中，小铁球在整个运动过程中机械能是否守恒? 试分析能量的总和是否变化。
【思路分析】判断物体的机械能是否守恒，可根据机械能守恒定律成立的条件，即只有重力或弹力做功或根据机械能的定义判断，即动能和势能的和是否守恒。
提示：小铁球在整个运动过程中机械能不守恒，在小铁球下落的过程中，除了受到的重力做功之外，还有沙子对它做功，沙子对小铁球做负功，小铁球在下落过程中机械能是减少的，减少的机械能转化为内能,但能量的总和不变。【知识点拨】
1.能量的界定和形式
(1)一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。
(2)能量有各种不同的形式。运动的物体具有动能；被举高的物体具有重力势能；发生弹性形变的物体具有弹性势能。
(3)不同的能与物体的不同运动形式相对应，如机械能对应机械运动；内能与大量微观粒子的热运动相对应。2.对能量守恒定律的理解
(1)某种形式的能量减少，一定存在另外形式的能量增加，且减少量和增加量相等。
(2)某个物体的能量减少，一定存在别的物体的能量增加，且减少量和增加量相等。【探究归纳】
能量守恒定律
1.能量之间是可以相互转化或转移的。
2.机械能守恒定律并不是自然界中最基本的守恒定律，能量守恒定律是自然界中最基本的守恒定律。【典例2】试说明下列现象中能量是怎样转化的。
(1)在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止。
(2)电风扇通电后开始转动，断电后转动着的风扇又慢慢停下来。
(3)火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，射穿一块钢板，速度减小。
(4)用柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处。【思路点拨】
物体间发生能量转移时，能量的形式不变；而发生能量的转化时，能量的形式要发生变化。在确定能量的转化时，可以从消耗什么能，得到什么能进行比较来确定。【解析】(1)在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止。这一过程中，汽车所受的阻力做负功，机械能转化为内能。
(2)电风扇通电后开始转动，电流做功，电能转化为机械能，有一部分转化为内能；断电后转动着的风扇又慢慢停下来，阻力做负功，机械能转化为内能和风的动能。
(3)火药爆炸产生燃气，化学能转化为内能；子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，推力做功，内能转化为机械能；子弹射穿一块钢板，速度减小，阻力做负功，损失的机械能转化为内能。(4)用柴油机带动发电机发电，化学能转化为机械能，又转化为电能；发电机发电后供给电动水泵运转，电流做功，电能转化为机械能；电动水泵把水从低处抽到高处，水泵对水做功，使水泵的机械能转化为水的势能。【变式训练】（2012·苏州高一检测）自由摆动的秋千幅度越来越小，直至最后停止摆动，对于该过程，下列说法正确的是( )
A．机械能守恒 B．能量正在消失
C．减少的机械能转化为内能 D．只有动能和势能相互转化
【解析】选C。在秋千摆动过程中，空气阻力做功，机械能减少，转化为内能，但能量不会消失，C正确。【温馨提示】一个物体的机械能守恒较易分析,几个物体与地球、弹簧等组成的系统的机械能守恒则相对较难判断,而且这是近年来高考的重点和难点。这种类型的问题尽管系统内单个物体的机械能并不守恒,但是由几个物体组成的系统的机械能却是守恒的,因为系统内物体之间的相互作用力是内力。【典例】如图所示，质量分别为3 kg和
5 kg的物体A、B，用轻绳连接跨在光滑的
轻定滑轮两侧，轻绳正好拉直，且A物体
底面接触地面，B物体距地面0.8 m，放开
B物体，求：当B物体着地时，A物体的速
度是多少？B物体着地后A物体还能上升多高？（g取10 m/s2）【思路点拨】
A、B组成的系统内力做功之和为零，只有重力做功，系统的机械能守恒。【解析】对A、B组成的系统，当B下落时，系统机械能守恒，以
地面为零势能参考平面，则
也可以列式：
或
当B落地后，A以2 m/s的速度竖直上抛，设A还能上升的高度为
h′，由机械能守恒定律可得
答案：2 m/s 0.2 m
