步步高 學(xué)案導(dǎo)學(xué)設(shè)計】-學(xué)年粵教版物理必修 第四章 第五節(jié) 驗證機械能守恒定律課時作業(yè)

第五節(jié)驗證機械能守恒定律1實驗?zāi)康模貉芯课矬w在運動過程中若只有重力和彈力做功，_和_相互轉(zhuǎn)化，物體的_2實驗方案：方案一：利用鐵架臺、重錘、打點計時器等器材，研究重錘的自由落體運動方案二：利用氣墊導(dǎo)軌、光電門、鉤碼、滑塊等器材，研究滑塊的運動3實驗原理及數(shù)據(jù)處理以方案一為例：(1)實驗原理在只有_做功的自由落體運動中，物體的_和_互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能守恒即動能的_等于重力勢能的_若以重物下落時的起點為基準(zhǔn)，物體下落高度h時的速度為v，在誤差允許的范圍內(nèi)，如計算出mv2mgh，機械能守恒定律即被驗證若以重物下落過程中的某一點A為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測出物體對應(yīng)于A點的速度vA，再測出物體由A點下落h后經(jīng)過B點的速度vB，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計算得出mvmvmgh，機械能守恒定律即被驗證測定第n點的瞬時速度的方法是：測出第n點前后兩段相鄰相等時間間隔T內(nèi)下落的距離sn、sn1，由公式vn求出(2)數(shù)據(jù)處理利用公式vn，計算出點1、點2、點3、的瞬時速度v1、v2、v3、.要驗證的是mv2_或mvmv_，只需驗證v2gh或vvgh，因此_測量重物的質(zhì)量m.驗證：通過計算，看在誤差允許的范圍之內(nèi)v與ghn是否相等或vv與ghmn是否相等【概念規(guī)律練】知識點實驗器材的選擇和實驗的操作(以方案一為例)1(雙選)用自由落體法驗證機械能守恒定律的實驗中，下列物理量中需要測量的有()A重物的質(zhì)量B重力的加速度C重物下落的高度D與重物下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度2在驗證機械能守恒定律的實驗中：(1)從下列器材中選出實驗所必需的，其編號為_A打點計時器(包括紙帶) B重物C天平 D毫米刻度尺E秒表 F運動小車(2)打點計時器的安裝放置要求為_；開始打點計時的時候，應(yīng)先_，然后再_(3)選擇下列正確的實驗步驟，并按次序排列為_A用天平測出重錘的質(zhì)量B把打點計時器豎直地夾穩(wěn)在鐵架臺上C接通電源，松開紙帶D松開紙帶，接通電源E用停表記下重錘下落的時間F取下紙帶，重復(fù)上述實驗3次G將紙帶固定在重錘上，讓紙帶穿過打點計時器并用手提住，使重錘靠近打點計時器H選取理想紙帶，對幾個方便的點測量并計算，看mgh和mv2是否相等【方法技巧練】一、實驗數(shù)據(jù)的處理方法3在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，根據(jù)紙帶算出各點的速度v，量出下落距離h，則以v2為縱軸，以h為橫軸，畫出的圖線應(yīng)是下圖中的()4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(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點對應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖1所示，圖中O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C、D分別是每兩個點取出的計數(shù)點根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點運動到B點時圖1(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(jié)論？產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？二、其他的方案設(shè)計5某實驗小組利用如圖2所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒圖2(1)實驗前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平？(2)如圖3所示(經(jīng)放大后的)，游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d_cm；實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間t1.2×102s，則滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為_m/s.在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、_和_(文字說明并用相應(yīng)的字母表示)圖3(3)本實驗通過比較_和_在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等(用測量的物理量符號表示)，從而驗證系統(tǒng)的機械能守恒1(雙選)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，要驗證的是重物重力勢能的減少量等于其動能的增加量，以下步驟僅是實驗中的一部分，在這些步驟中多余或錯誤的有()A用天平稱出重物的質(zhì)量B把打點計時器固定到鐵架臺上，并用導(dǎo)線把它和低壓交流電源連接起來C把紙帶的一端固定到重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，把重物提升到一定高度D接通電源，釋放紙帶E用停表測出重物下落的時間2下列關(guān)于“驗證機械能守恒定律”實驗的實驗誤差的說法，正確的是()A重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會造成較大誤差B重物質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C重物質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差D打點計時器選用電磁打點計時器比電火花計時器誤差要小圖43(雙選)如圖4所示是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶，我們選中N點來驗證機械能守恒定律下面舉出一些計算N點速度的方法，其中正確的是()AN點是第n個點，則vngnTBN點是第n1個點，則vng(n1)TCvnDvn4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(zhì)量 D時間(2)由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大阻力，這樣會導(dǎo)致實驗結(jié)果mgh_mv2(選填“>”或“<”)5.圖5圖5為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘回答下列問題：(1)為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材有_(填入正確選項前的字母)A刻度尺B秒表C012 V的直流電源D012 V的交流電源(2)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有_.(寫出兩個原因)6.圖6用如圖6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(rèn)為沒有必要進(jìn)行的或者錯誤的步驟是_(填字母代號)A按照圖示的裝置安裝器件B將打點計時器接到學(xué)生電源的直流輸出端上C用天平測量出重物的質(zhì)量D先放手讓紙帶和重物下落，再接通電源開關(guān)E在打出的紙帶上，依據(jù)打點的先后順序選取A、B、C、D四個合適的相鄰點，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hF在誤差允許范圍內(nèi)，看減少的重力勢能mghBC是否等于增加的動能mvmv，從而驗證機械能守恒定律7光電計時器是物理實驗中經(jīng)常用到的一種精密計時儀器，它由光電門和計時器兩部分組成，光電門的一臂的內(nèi)側(cè)附有發(fā)光裝置(發(fā)射激光的裝置是激光二極管，發(fā)出的光束很細(xì))，如圖7中的A和A，另一臂的內(nèi)側(cè)附有接收激光的裝置，如圖中的B和B，當(dāng)物體在它們之間通過時，二極管發(fā)出的激光被物體擋住，接收裝置不能接收到激光信號，同時計時器就開始計時，直到擋光結(jié)束光電計時器停止計時，故此裝置能精確地記錄物體通過光電門所用的時間現(xiàn)有一小球從兩光電門的正上方開始自由下落，如圖所示圖7(1)若要用這套裝置來驗證機械能守恒定律，則要測量的物理量有_(每個物理量均用文字和字母表示，如高度H)(2)驗證機械能守恒定律的關(guān)系式為_第五節(jié)驗證機械能守恒定律課前預(yù)習(xí)練1動能勢能機械能守恒3(1)重力動能勢能增加量減少量(2)mghmgh不需要課堂探究練1CD2(1)A、B、D(2)底板要豎直給打點計時器通電釋放重物(3)B、G、C、F、H解析(1)選出的器材有：打點計時器(包括紙帶)，重物，毫米刻度尺，編號分別為：A、B、D.注意因mghmv2，故m可約去，不需要用天平(2)打點計時器安裝時，底板要豎直，這樣才能使重物在自由落下時，受到的阻力較小，開始記錄時，應(yīng)先給打點計時器通電，然后再釋放重物，讓它帶著紙帶一同落下(3)正確的實驗步驟應(yīng)該為B、G、C、F、H.3C根據(jù)機械能守恒定律有：mghmv2，v22gh，所以v2與h成正比例關(guān)系，函數(shù)圖象是一條過原點的直線，C正確點評圖象法的應(yīng)用必須與函數(shù)關(guān)系式相結(jié)合使用，才能充分明確圖象與函數(shù)之間的關(guān)系及圖象的形狀4(1)1.911m(2)1.89m (3)見解析解析(1)重力勢能的減少量為Ep減mghOBm×9.8×0.1951.911m(2)重物下落到B點時的速度vBm/s1.944 m/s所以重物從O點下落到B點動能的增加量為Ek增mvm×1.94421.889m(3)從(1)、(2)中計算的數(shù)據(jù)可得出在實驗誤差允許的范圍內(nèi)重物減少的重力勢能等于其增加的動能，機械能守恒產(chǎn)生誤差的主要原因：重物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5(1)接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊基本保持靜止，則說明導(dǎo)軌是水平的(或取下鉤碼，輕推滑塊，滑塊基本能做勻速直線運動)(2)0.520.43滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s滑塊的質(zhì)量M(3)mgs(mM)()2解析本題以創(chuàng)新的物理情景來考查驗證機械能守恒定律的實驗，同時考查游標(biāo)卡尺的讀數(shù)游標(biāo)尺的讀數(shù)為d5 mm0.1 mm×25.2 mm0.52 cm；滑塊通過光電門時的瞬時速度為vm/s0.43 m/s；系統(tǒng)重力勢能的減少量為mgs，系統(tǒng)動能的增加量為(mM)v2(mM)()2.課后鞏固練1AE在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，需驗證重力勢能減少量mgh和動能增加量mv2之間的大小關(guān)系若機械能守恒，則有mghmv2，兩邊都有質(zhì)量，可約去，即驗證ghv2成立即可，無需用停表測量時間，因此E選項也多余，其余選項都需要，故應(yīng)選A、E.2B為減小實驗誤差，重物應(yīng)選質(zhì)量大些的，且重物質(zhì)量不需稱量，A、C錯，B正確；電磁打點計時器的振針與紙帶間有摩擦，電火花計時器對紙帶的阻力較小，故選用電磁打點計時器誤差大些，D錯誤3CD4(1)C(2)>解析(1)本實驗需要驗證mgh與mv2的關(guān)系，所以不需要測量重物質(zhì)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(zhuǎn)化為動能，所以mgh>mv2.5(1)AD(2)見解析解析(1)需要米尺來測量兩點之間的距離，電磁打點計時器需用交流電源，故選A、D.(2)紙帶與電磁打點計時器之間存在摩擦阻力；測量兩點之間距離時的讀數(shù)有誤差；計算勢能變化時，選取的兩點距離過近；交變電流頻率不穩(wěn)定(選取兩個原因即可)6BCD步驟B錯，應(yīng)該接到電源的交流輸出端；步驟C不必要，因為根據(jù)測量原理，重物的動能和勢能表達(dá)式中都包含了質(zhì)量m，可以約去，所以不必測量重物的質(zhì)量；步驟D錯，應(yīng)先接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后再釋放紙帶7(1)小球直徑D、兩光電門間的豎直高度H、小球通過上下兩光電門的時間t1、t2(2)2gH