（課堂設(shè)計(jì)）高中物理 4.5.2 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律每課一練 教科版必修2

第2課時(shí)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1．本實(shí)驗(yàn)中，除鐵架臺(tái)、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(diǎn)計(jì)時(shí)器2．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中(1)不需測(cè)量或計(jì)算的物理量是()A．下落高度 B．瞬時(shí)速度C．重物質(zhì)量 D．時(shí)間(2)由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過(guò)時(shí)受到了較大的阻力，這樣會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果mgh________eq\f(1,2)mv2(選填“>”或“<”)．3．在一次驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量m＝1kg的重物自由下落，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，如圖1所示(打點(diǎn)間隔為0.02s)，單位cm.那么圖1(1)紙帶的________端與重物相連；(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)，物體的速度vB＝________；(3)從起點(diǎn)O到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B的過(guò)程中重力勢(shì)能減少量是ΔEp＝________.此過(guò)程中物體動(dòng)能的增加量ΔEk＝________(g取9.8m/s2)；(4)通過(guò)計(jì)算，數(shù)值上ΔEp________ΔEk(填“>”、“＝”或“<”)，這是因?yàn)開(kāi)_________________________________；(5)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是_____________________________________________________________________________________________________________________________.4．在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔為T，某一組同學(xué)得到了一條如圖2所示的紙帶，在填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)甲、乙兩個(gè)同學(xué)選擇了不同的數(shù)據(jù)處理方法：圖2甲同學(xué)測(cè)出了C點(diǎn)到第一點(diǎn)O的距離hOC，利用veq\o\al(2,C)＝2ghOC計(jì)算得到了C點(diǎn)的速度，然后驗(yàn)證mghOC與eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)相等．乙同學(xué)測(cè)出了A、B、C、D各點(diǎn)到第一點(diǎn)O的距離hA、hB、hC、hD，利用vB＝eq\f(hC－h(huán)A,2T)、vC＝eq\f(hD－h(huán)B,2T)計(jì)算B、C點(diǎn)的速度，然后驗(yàn)證了mg(hC－h(huán)B)與eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)是否相等．請(qǐng)你對(duì)甲乙兩位同學(xué)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(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，得到如圖3所示的一條紙帶．起始點(diǎn)O到A、B、C、D、E各點(diǎn)的距離分別為hA、hB、hC、hD、hE.如果重物的質(zhì)量為m，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為f，則在打B、D兩點(diǎn)時(shí)，重物的速度vB＝________，vD＝________.如果選擇起始點(diǎn)的位置為零勢(shì)能參考點(diǎn)，則在打B、D兩點(diǎn)時(shí)重物的機(jī)械能EB＝________，ED＝________，若EB________ED，則說(shuō)明重物在下落過(guò)程中機(jī)械能守恒．圖36．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，利用重物拖著紙帶自由下落通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量分析，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．(1)正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(diǎn)為打點(diǎn)起始點(diǎn)，且速度為零．圖4選取紙帶上打出的連續(xù)點(diǎn)，標(biāo)上A、B、C……測(cè)得其中E、F、G點(diǎn)距打點(diǎn)起始點(diǎn)O的距離分別為h1、h2、h3.已知重物的質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T.為驗(yàn)證此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，需要計(jì)算出從打下O點(diǎn)到打下F點(diǎn)的過(guò)程中，重物重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝________，動(dòng)能的增加量ΔEk＝________.(用題中所給字母表示)(2)以各點(diǎn)到起始點(diǎn)的距離h為橫坐標(biāo)，以各點(diǎn)速度的平方v2為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，用實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖57．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2，某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測(cè)量時(shí)各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖6所示，圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D分別是每打兩個(gè)點(diǎn)取出的計(jì)數(shù)點(diǎn)．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，已知重物質(zhì)量為m(kg)．求：圖6(1)重力勢(shì)能的減少量為多少？(2)動(dòng)能的增加量是多少？(3)根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)可得出什么結(jié)論？產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？第2課時(shí)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1．BD[測(cè)量下落高度需用刻度尺，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶并能標(biāo)識(shí)時(shí)間，選B、D.]2．(1)C(2)>解析(1)本實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證mgh與eq\f(1,2)mv2的關(guān)系，所以不需要測(cè)量重物質(zhì)量m，C正確．(2)重物在下落過(guò)程中克服阻力做功，使減小的重力勢(shì)能不能完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，所以mgh>eq\f(1,2)mv2.3．(1)O(2)0.98m/s(3)0.49J0.48J(4)>重物和紙帶下落時(shí)受到阻力作用(5)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增加量解析(1)紙帶釋放時(shí)速度較小，打點(diǎn)較密，先打距重物近的一側(cè)，故O端與重物相連．(2)B點(diǎn)速度vB＝eq\f(hC－h(huán)A,2T)＝eq\f(7.06－3.14,0.04)cm/s＝0.98m/s(3)從O點(diǎn)到打B點(diǎn)，重力勢(shì)能減少量ΔEp＝mghB＝1×9.8×0.0501J＝0.49J動(dòng)能增加量eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝0.48J；(4)由(3)中計(jì)算結(jié)果知ΔEp>ΔEk，因?yàn)橹匚锖图垘侣鋾r(shí)受到阻力作用；(5)由(3)中計(jì)算結(jié)果可知，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒．4．甲同學(xué)選擇從O到C段驗(yàn)證機(jī)械能守恒，計(jì)算C點(diǎn)的速度用veq\o\al(2,C)＝2ghOC的話，犯了用機(jī)械能守恒定律去驗(yàn)證機(jī)械能守恒的錯(cuò)誤．計(jì)算vC可以選擇vC＝eq\f(hD－h(huán)B,2T).乙同學(xué)選擇了從B到C段驗(yàn)證機(jī)械能守恒，由于BC較近，造成誤差偏大，選擇BD段相對(duì)較為合適．5.eq\f(hC－h(huán)A,2)·feq\f(hE－h(huán)C,2)·feq\f(1,8)mf2(hC－h(huán)A)2－mghBeq\f(1,8)mf2(hE－h(huán)C)2－mghD＝解析根據(jù)紙帶上瞬時(shí)速度的計(jì)算方法，得vB＝eq\f(hC－h(huán)A,2T)＝eq\f(hC－h(huán)A,2)·f，vD＝eq\f(hE－h(huán)C,2T)＝eq\f(hE－h(huán)C,2)·f打B點(diǎn)時(shí)，重物的動(dòng)能和重力勢(shì)能分別為EkB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(hC－h(huán)A,2)·f))2＝eq\f(1,8)mf2(hC－h(huán)A)2EpB＝－mghB.此時(shí)重物的機(jī)械能EB＝EkB＋EpB＝eq\f(1,8)mf2(hC－h(huán)A)2－mghB，同理EkD＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)＝eq\f(1,8)mf2(hE－h(huán)C)2，EpD＝－mghD，ED＝eq\f(1,8)mf2(hE－h(huán)C)2－mghD如果EB＝ED，則說(shuō)明重物在下落過(guò)程中機(jī)械能守恒．6．(1)mgh2eq\f(mh3－h(huán)12,8T2)(2)9.71(9.64～9.77均可)解析(1)從打下O點(diǎn)到打下F點(diǎn)的過(guò)程中，重物重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mgh2，vF＝eq\f(h3－h(huán)1,2T)動(dòng)能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,F)＝eq\f(mh3－h(huán)12,8T2).(2)由eq\f(1,2)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′＝9.71m/s2.7．(1)1.91mJ(2)1.86mJ(3)見(jiàn)解析解析(1)重力勢(shì)能的減少量為ΔEp減＝mghOB＝m×9.8×0.195＝1.91m(J)(2)重錘下落到B點(diǎn)時(shí)的速度vB＝eq\f(hAC,2t)＝eq\f(0.1555,2×0.04)m/s＝1.94m/s所以重錘從開(kāi)始下落到B點(diǎn)增