2019-2020年高中物理 4.5.2 實驗：驗證機械能守恒定律每課一練 教科版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 4.5.2 實驗：驗證機械能守恒定律每課一練 教科版必修2 1．本實驗中，除鐵架臺、夾子、低壓交流電源、紙帶和重物外，還需選用的儀器是(　　) A．秒表 B．刻度尺 C．天平 D．打點計時器 2．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中 (1)不需測量或計算的物理量是(　　) A．下落高度 B．瞬時速度 C．重物質量 D．時間 (2)由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到了較大的阻力，這樣會導致實驗結果mgh________mv2(選填“>”或“<”)． 3．在一次驗證機械能守恒定律實驗中，質量m＝1 kg 的重物自由下落，在紙帶上打出一系列的點，如圖1所示(打點間隔為0.02 s)，單位cm.那么 圖1 (1)紙帶的________端與重物相連； (2)打點計時器打下計數(shù)點B時，物體的速度vB＝________； (3)從起點O到打下計數(shù)點B的過程中重力勢能減少量是ΔEp＝________.此過程中物體動能的增加量ΔEk＝________(g取9.8 m/s2)； (4)通過計算，數(shù)值上ΔEp________ΔEk(填“>”、“＝”或“<”)，這是因為__________________________________； (5)實驗的結論是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________. 4．在驗證機械能守恒定律的實驗中，已知打點計時器打點間隔為T，某一組同學得到了一條如圖2所示的紙帶，在填寫實驗報告時甲、乙兩個同學選擇了不同的數(shù)據(jù)處理方法： 圖2 甲同學測出了C點到第一點O的距離hOC，利用v＝2ghOC計算得到了C點的速度，然后驗證mghOC與mv相等． 乙同學測出了A、B、C、D各點到第一點O的距離hA、hB、hC、hD，利用vB＝、vC＝計算B、C點的速度，然后驗證了mg(hC－h(huán)B)與mv－mv是否相等． 請你對甲乙兩位同學的做法逐一分析，不合理之處提出完善辦法． 5．在用自由落體法驗證機械能守恒定律的實驗中，得到如圖3所示的一條紙帶．起始點O到A、B、C、D、E各點的距離分別為hA、hB、hC、hD、hE.如果重物的質量為m，打點計時器所用電源的頻率為f，則在打B、D兩點時，重物的速度vB＝________，vD＝________.如果選擇起始點的位置為零勢能參考點，則在打B、D兩點時重物的機械能EB＝________，ED＝________，若EB________ED，則說明重物在下落過程中機械能守恒． 圖3 6．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，利用重物拖著紙帶自由下落通過打點計時器并打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量分析，即可驗證機械能守恒定律． (1)正確進行實驗操作，從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖4所示．圖中O點為打點起始點，且速度為零． 圖4 選取紙帶上打出的連續(xù)點，標上A、B、C……測得其中E、F、G點距打點起始點O的距離分別為h1、h2、h3.已知重物的質量為m，當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器的打點周期為T.為驗證此實驗過程中機械能是否守恒，需要計算出從打下O點到打下F點的過程中，重物重力勢能的減少量ΔEp＝________，動能的增加量ΔEk＝________.(用題中所給字母表示) (2)以各點到起始點的距離h為橫坐標，以各點速度的平方v2為縱坐標建立直角坐標系，用實驗測得的數(shù)據(jù)繪出v2－h(huán)圖象，如圖5所示：由v2－h(huán)圖線求得重物下落的加速度g′＝________m/s2.(結果保留三位有效數(shù)字) 圖5 7．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，查得當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2，某同學選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點對應刻度尺上的讀數(shù)如圖6所示，圖中O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C、D分別是每打兩個點取出的計數(shù)點．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，重物由O點運動到B點時，已知重物質量為m(kg)．求： 圖6 (1)重力勢能的減少量為多少？ (2)動能的增加量是多少？ (3)根據(jù)計算的數(shù)據(jù)可得出什么結論？產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？ 第2課時　實驗：驗證機械能守恒定律 1．BD[　測量下落高度需用刻度尺，打點計時器打出紙帶并能標識時間，選B、D.] 2．(1)C　(2)> 解析　(1)本實驗需要驗證mgh與mv2的關系，所以不需要測量重物質量m，C正確． (2)重物在下落過程中克服阻力做功，使減小的重力勢能不能完全轉化為動能，所以mgh>mv2. 3．(1)O　(2)0.98 m/s　(3)0.49 J　0.48 J　(4)>　重物和紙帶下落時受到阻力作用　(5)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重力勢能的減少量等于動能的增加量 解析　(1)紙帶釋放時速度較小，打點較密，先打距重物近的一側，故O端與重物相連． (2)B點速度vB＝＝ cm/s＝0.98 m/s (3)從O點到打B點，重力勢能減少量 ΔEp＝mghB＝19.80.0501 J＝0.49 J 動能增加量mv＝0.48 J； (4)由(3)中計算結果知ΔEp>ΔEk，因為重物和紙帶下落時受到阻力作用； (5)由(3)中計算結果可知，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒． 4．甲同學選擇從O到C段驗證機械能守恒，計算C點的速度用v＝2ghOC的話，犯了用機械能守恒定律去驗證機械能守恒的錯誤．計算vC可以選擇vC＝. 乙同學選擇了從B到C段驗證機械能守恒，由于BC較近，造成誤差偏大，選擇BD段相對較為合適． 5.f　f　mf2(hC－h(huán)A)2－mghB mf2(hE－h(huán)C)2－mghD?。? 解析　根據(jù)紙帶上瞬時速度的計算方法，得vB＝＝f，vD＝＝f 打B點時，重物的動能和重力勢能分別為 EkB＝mv＝m2 ＝mf2(hC－h(huán)A)2 EpB＝－mghB.此時重物的機械能 EB＝EkB＋EpB＝mf2(hC－h(huán)A)2－mghB，同理 EkD＝mv＝mf2(hE－h(huán)C)2， EpD＝－mghD，ED＝mf2(hE－h(huán)C)2－mghD 如果EB＝ED，則說明重物在下落過程中機械能守恒． 6．(1)mgh2　　(2)9.71(9.64～9.77均可) 解析　(1)從打下O點到打下F點的過程中，重物重力勢能的減少量 ΔEp＝mgh2，vF＝ 動能的增加量 ΔEk＝mv＝. (2)由mv2＝mg′h可得：v2＝2g′h， 由v2－h(huán)圖線可求得：圖線的斜率k＝19.42 由k＝2g′可得：物體下落的加速度 g′＝9.71 m/s2. 7．(1)1.91m J　(2)1.86m J　(3)見解析 解析　(1)重力勢能的減少量為 ΔEp減＝mghOB＝m9.80.195＝1.91m (J) (2)重錘下落到B點時的速度 vB＝＝ m/s＝1.94 m/s 所以重錘從開始下落到B點增加的動能為 ΔEk增＝mv＝m(1.94)2＝1.88m (J) (3)從(1)(2)中計算的數(shù)據(jù)得出在實驗誤差允許的范圍內(nèi)重錘減少的重力勢能等于其增加的動能，機械能守恒． 重錘減少的重力勢能略大于其增加的動能的原因是：重錘在下落時要受到阻力作用(打點計時器對紙帶的摩擦力，空氣阻力)，克服阻力做功．