2019-2020年高中物理 7.8 實驗 驗證機械能守恒定律同步檢測 新人教版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 7.8 實驗 驗證機械能守恒定律同步檢測 新人教版必修2 【課前預習】 （一）實驗原理 在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能可以相互轉化，但總的機械能守恒。設某時刻物體的瞬時速度為v，下落高度為h，則有： ＝ 。故可利用打點計時器測出重物下落時某時刻的瞬時速度及下落的高度，即可驗證機械能是否守恒。 （二）實驗器材 除紙帶、復寫紙片、刻度尺、帶有鐵夾的鐵架臺、導線外，實驗中還需要： 、 、 。 （三）實驗步驟 1、如圖所示，將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過打點計時器； 2、用手握著紙帶，讓重物靜止地靠近打點計時器，然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由落下，紙帶上打下一系列小點。 3、更換紙帶，用同樣的方法再打幾條以備選用. 4、從幾條打下點的紙帶中挑選第一、二點間距離接近 mm且點跡清楚的紙帶進行測量，測出一系列各計數(shù)點到第一個點的距離d1、d2，據(jù)公式，計算物體在打下點1、2……時的即時速度v1、v2……，計算相應的動能的增加值。 5、用刻度尺測量紙帶從點O到點1、2……之間的距離h1、h2……，計算出相應減少的重力勢能。 6、計算各點對應的勢能減少量mgh，以及增加的動能mv2/2，并進行比較。 四、注意事項 1、打點計時器的兩限位孔必須在同一豎直線上，以減少摩檫阻力。 2、實驗時必須先接通電源，然后松開紙帶讓重錘下落。 3、測量下落高度時，必須從起始點算起。選取的各計數(shù)點要離起始點遠些，紙帶不宜過長，約40cm即可。 4、實驗中因不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值，故不需測物體的質(zhì)量m。 5、實際上重物和紙帶下落過中要克服阻力做功，所以動能的增加量要小于勢能的減少量。 【典型例題】 [例1]在驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量m=1kg的重錘自由下落，在紙帶上打出了一系列的點，如下圖所示，相鄰記數(shù)點時間間隔為0.02s，長度單位是cm，g取9.8m/s2。求： (1)打點計時器打下記數(shù)點B時，物體的速度vB= (保留兩位有效數(shù)字)； 物理量 數(shù)據(jù) 次數(shù) (2)從點O到打下記數(shù)點B的過程中，物體重力勢能的減小量ΔEP= ，動能的增加量ΔEK= （保留兩位有效數(shù)字）； (3)即使在實驗操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測量及數(shù)據(jù)處理很準確的前提下，該實驗求得的ΔEP也一定略大于ΔEK，這是實驗存在系統(tǒng)誤差的必然結果，試分析該系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的主要原因。 圖a [變式訓練1]如圖a所示，將包有白紙的圓柱棒替代紙帶和重物，蘸有顏料的毛筆固定在馬達（即電動機）上并隨之轉動，使之替代打點計時器．當燒斷懸掛圓柱棒的線后，圓柱棒豎直自由落下，毛筆就在圓柱棒面上的紙上畫出記號，如圖b所示．測得記號之間的距離依次為26 mm、42mm、58mm、74mm、90mm、106mm．已知馬達銘牌上標有“1440 r／min”的字樣，由此驗證機械能守恒定律．根據(jù)以上內(nèi)容回答下列問題： (1)毛筆畫的相鄰記號間的時間間隔T=________s，圖b中的圓柱棒的______端是懸掛端．(填“左”或“右”) 圖b (2)根據(jù)圖中所給的數(shù)據(jù)，可知毛筆畫下記號C時，圓柱棒下落的速度vC=_________，畫下記號D時，圓柱棒下落的速度vD=_________，動能的變化量為__________，在這段這位移上，圓柱棒重力勢能的變化量為_____________（設棒的質(zhì)量為m， g取9.8m/s2）。 [例2]某同學利用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．弧形軌道末端水平，離地面的高度為H。將鋼球從軌道的不同高度h處靜止釋放，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s． （1）若軌道完全光滑，s2與h的理論關系應滿足s2＝　　　　　?。ㄓ肏、h表示）． （2）該同學經(jīng)實驗測量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示： 請在坐標紙上作出s2--h關系圖． （3）對比實驗結果與理論計算得到的s2--h關系圖線（圖中已畫出），自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速度　　　　?。ㄌ睢靶∮凇被颉按笥凇保├碚撝担?）從s2--h關系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率差十分顯著，你認為造成上述偏差的可能原因是　　　　　?。? 變式訓練2．A O B C 如圖所示，不可伸長的細線一端拴一小球，另一端懸于O點.現(xiàn)將細線張緊，使細線處于水平狀態(tài)，將小球從A處由靜止釋放，到O點正下方B處時，細線恰好被C處的刀片切斷。若僅有刻度尺，為驗證小球從A點下擺到B點過程中的機械能守恒，需測定的物理量及相應符號是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；用這些量表示的小球下擺過程中機械能守恒的關系式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 【鞏固練習】 1．某位同學做“驗證機械能守恒定律”的實驗，下列操作步驟中錯誤的是( ) A．把打點計時器固定在鐵架臺上，用導線連接到低壓交流電源 B．將連有重錘的紙帶過限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度 C．先釋放紙帶，再接通電源 D．更換紙帶，重復實驗，根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù) 2． 在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，下面敘述正確的是( ) A．應用天平稱出物體的質(zhì)量 B．應當選用點跡清晰，且第一、二個點間距接近2mm的紙帶 C．操作時應先放紙帶后接電源 D．打點計時器要接在電壓為4～6V的電源上 3． 在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，下列選擇可取的是( ) A．選用重物時，重的比輕的好 B．選用重物時，體積小的比大的好 C．選用重物后，要稱出它的質(zhì)量 D．重物所受的重力，應遠大于它所受的空氣阻力和紙帶受到的打點計時器的阻力 4． 在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，下面列出了一些實驗步驟： A． 用天平稱出物體及夾子的質(zhì)量。 B． 將重物系在夾子上。 C．將紙帶穿過計時器，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，再把紙帶向上拉，讓夾子靜止靠近打點計時器處。 D．把電磁打點計時器接在學生電源的交流輸出端，輸出電壓調(diào)至6V（不接通）（火花打點計時器用220V交流電壓）。 E．把打點計時器用鐵架固定到放在桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直線上。 F．在紙帶上選取幾個點，進行測量和記錄數(shù)據(jù)。 G．用秒表測出重物下落的時間。 H．接通電源，待計時器工作穩(wěn)定后釋放紙帶。 I．斷開電源。 J．更換紙帶，重新進行實驗兩次。 K．在三條紙帶中選取較好的一條。 L．進行計算，得出結論。 M．拆下導線，整理器材。 以上步驟中，不必要的有__________，正確的步驟按順序排列應是____________(填寫字母代號)。 5．驗證機械能守恒定律的實驗采用重物自由下落的方法： （1）用公式驗證機械能守恒定律，必須所選的紙帶第1、2兩點間距應接近 . （2）設各點的速度v，各點到起始點的距離h，則以v2/2為縱軸，以h為橫軸畫出v2/2—h圖線。 6．用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。在下面所列舉的該實驗的幾個操作步驟中，你認為沒有必要進行的或者操作不恰當?shù)牟襟E是(填字母代號)( )。 A．按照圖示的裝置安裝器件 B．將電火花計時器接到學生電源的直流輸出端上 C．用天平測量出重錘的質(zhì)量 D．先放手讓紙帶和重物下落，再接通電源開關 E．在打出的紙帶上，依據(jù)打點的先后順序選取連續(xù)的A、B、C、D四個合適的點，通過測量計算得出B、C兩點的速度為vB、vC，并測出B、C兩點的距離為h F．在誤差允許范圍內(nèi)，看減少的重力勢能mgh是否等于增加的動能從而驗證機械能守恒定律 7．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，若以 為縱軸，h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出的圖線應是_____________，圖線的斜率等于__________的數(shù)值。 8．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，某同學測得v=2.36m/s，h=28.76cm據(jù)此可得：在誤差范圍內(nèi)兩者相等，老師批閱：“此數(shù)據(jù)非實驗所得!”其理由是 。 9．在驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量為m＝1.00kg的重錘拖著紙帶下落，在此過程中，打點計時器在紙帶上打出一系列的點．在紙帶上選取五個連續(xù)的點A、B、C、D和E，如圖所示．其中O為重錘開始下落時記錄的點，各點到O點的距離分別是31.4mm、49.0mm、70.5mm、95.9mm、124.8mm.當?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2. 本實驗所用電源的頻率f＝50Hz.(結果保留三位有效數(shù)字) (1)打點計時器打下點B時，重錘下落的速度vB＝________m/s，打點計時器打下點D時，重錘下落的速度vD＝________m/s. (2)從打下點B到打下點D的過程中，重錘重力勢能減小量ΔEp＝________J，重錘動能增加量ΔEk＝________J. (3)在誤差允許范圍內(nèi)，通過比較________就可以驗證重錘下落過程中機械能守恒了． (4)設重錘在下落過程中受到恒定不變的阻力F，則可根據(jù)本實驗數(shù)據(jù)求得阻力F的表達式為________(用題中所給字母m，g，s1，s2，f表示)． 10．某次“驗證機械能守恒定律”的實驗中，打點計時器用6V、50Hz的交流電源，打出的一條無漏點的紙帶，如圖所示，O點為重錘下落的起點，選取的計數(shù)點為A、B、C、D，各計數(shù)點到O點的長度已在圖上標出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1kg。 ①打點計時器打出B點時，重錘下落的速度vB= m/s，重錘的動能EkB= J。 ②從開始下落算起，打點計時器打B點時，重錘的重力勢能減小量為 J。 ③根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點的過程中，得到的結論是 。 八、實驗：驗證機械能守恒定律 【典型例題】 [例1]0.97m/s 0.48J 0.47J 重錘下落時受到空氣阻力以及紙帶受到打點計時器的阻力，重錘的機械能減小 [變式訓練1]（1）0.042；左（2）1.190；1.571；0.526m；0.568m [例2]（1），（2）如圖 （3）小于 （4）一部分重力勢能轉變成鋼球的轉動動能，或者是弧形軌道的磨擦力太大。 變式訓練2．細線長度L，小球做平拋運動的水平位移x及平拋運動中下落高度H（3分）. 4HL=x2（3分）?；蛘叽穑篛點到地面的豎直高度H，小球做平拋運動的水平位移x，細線長度L，4（H－L）L=x2 【鞏固練習】 1．C 2．B 3．ABD 4．AG，EDBCHIJKFLM 5．（1）2mm（2）圖略 6．BCD 7．過原點的直線，重力加速度g. 8．，從數(shù)據(jù)上可知v2/2>gh，這說明動能的增量大于重力勢能的減少量的，這是在實驗中不可能發(fā)生的. 9．(1)0.975，1.36，(2)0.459，0.447，(3)重力勢能的減小量和動能的增加量相等，(4)mg－m(s2－s1)f2 10．①1.175，0.690②0.691，②機械能守恒。