實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案-高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.明確驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的基本思路并能進(jìn)行相關(guān)量的測(cè)量.2.能正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因．【課堂探究】思考：1.機(jī)械能守恒的條件是什么？它有哪些表達(dá)形式？___________________________________________________________________________________2.做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，機(jī)械能守恒嗎？試推導(dǎo)機(jī)械能守恒的表達(dá)式？___________________________________________________________________________________一、實(shí)驗(yàn)器材重物、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、_______、鐵架臺(tái)、夾子、天平、_____________。實(shí)驗(yàn)原理___________________________________________________________________________________[速度測(cè)量]vn=數(shù)據(jù)處理[方案一]驗(yàn)證從第一個(gè)點(diǎn)O到某個(gè)點(diǎn)n過程中機(jī)械能守恒。_____________________________________________________________________________________[方案二]驗(yàn)證從第m點(diǎn)(m≠1)到第n點(diǎn)過程中機(jī)械能守恒。_____________________________________________________________________________________[方案三]圖像法_____________________________________________________________________________________[注意事項(xiàng)][誤差分析]【課后達(dá)標(biāo)】1.利用圖甲裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。(1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的________。A．動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量B．速度變化量與勢(shì)能變化量C．速度變化量與高度變化量(2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________。A．交流電源B．刻度尺C．天平(含砝碼)(3)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢(shì)能變化量ΔEp＝________，動(dòng)能變化量ΔEk＝________。(4)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因是________。A．利用公式v＝gt計(jì)算重物速度B．利用公式v＝eq\r(2gh)計(jì)算重物速度C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D．沒有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法(5)某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2-h圖象，并做如下判斷：若圖象是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能守恒。請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確。__________________________________。2．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是（）A．必須用秒表測(cè)重物下落的時(shí)間B．選用質(zhì)量小的重物可減小實(shí)驗(yàn)誤差C．實(shí)驗(yàn)時(shí)必須先用天平測(cè)出重物的質(zhì)量D．實(shí)驗(yàn)中不得用公式v＝求下落高度h時(shí)的速度3．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列敘述不正確的是（）A．安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，紙帶兩個(gè)限位孔應(yīng)在同一豎直線上B．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先松開紙帶讓重物下落，再接通電源C．若紙帶上開頭打出的幾個(gè)點(diǎn)模糊不清，也可設(shè)法用后面清晰的點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證D．重物所受重力應(yīng)遠(yuǎn)大于它所受到的空氣阻力和紙帶所受到的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力4.(多選)如圖所示是用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)得到的一條紙帶，有關(guān)尺寸在圖中已注明。我們選中n點(diǎn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，下面舉出一些計(jì)算n點(diǎn)速度的方法，其中正確的是()A．vn＝gnTB．vn＝g(n－1)TC．vn＝eq\f(sn＋sn＋1,2T)D．vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)5．如圖所示的裝置由氣墊導(dǎo)軌、兩個(gè)光電門、滑塊和砂桶等組成，光電門可以測(cè)出滑塊的遮光板分別通過兩個(gè)光電門的時(shí)間Δt1、Δt2，游標(biāo)卡尺可以測(cè)出遮光板的寬度d，導(dǎo)軌標(biāo)尺可以測(cè)出兩個(gè)光電門間的距離L，另用天平測(cè)出滑塊、砂桶(含砂)的質(zhì)量分別為M和m，下列說法正確的是()A．用該裝置可以測(cè)出滑塊通過兩光電門的速度，并計(jì)算出滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度aB．用該裝置驗(yàn)證牛頓第二定律時(shí)，要保證拉力近似等于砂桶(含砂)的重力，因此必須滿足m≤MC．可以用該裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，但必須滿足m＜MD．可以用該裝置探究“功和速度變化的關(guān)系”6.某同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，不慎將一條挑選出的紙帶的一部分損壞，損壞的是前端部分。剩下的一段紙帶上各相鄰點(diǎn)間的距離已測(cè)出并標(biāo)在圖中，單位是cm。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz，重力加速度g取9.8m/s2。(1)設(shè)重物質(zhì)量為m(kg)，重物在2點(diǎn)的速度v2＝________，在5點(diǎn)的速度v5＝________，此過程中動(dòng)能增加量ΔEk＝________，重力勢(shì)能減少量ΔEp＝________。由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：________________________________。(2)重物獲得的動(dòng)能往往________(A.大于B．小于C．等于)減少的重力勢(shì)能，實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是________________。(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)判斷下列圖象正確的是(其中ΔEk表示重物動(dòng)能的變化量，Δh表示物體下落的高度)()6.某實(shí)驗(yàn)小組在用重物下落來驗(yàn)證機(jī)械能守恒。（1）下圖是四位同學(xué)釋放紙帶瞬間的照片，你認(rèn)為操作正確的是______A．B．C．D．（2）關(guān)于接通電源和放手讓重物運(yùn)動(dòng)的先后順序，下列說法正確的是_______A．接通電源和放手應(yīng)同時(shí)

B．先接通電源后放手C．先放手后接通電源

D．以上說法都不對(duì)（3）選出一條清晰的紙帶如圖所示，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。用刻度尺測(cè)得，，。在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B、B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重錘的質(zhì)量為。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭為。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)，重錘的速度大小為=_______。從打下O到打下B點(diǎn)過程中重錘動(dòng)能增加量_______J，重力勢(shì)能減少量_______J。（計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）（4）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)重錘獲得的動(dòng)能小于減少的重力勢(shì)能，則產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因可能是___________________________________________（至少寫出一條主要原因）。7.用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證質(zhì)量分別為m1、m2的物體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。物體m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量來驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。如圖乙所示是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶，0點(diǎn)是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。已知m1＝50g，m2＝150g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz。(g取10m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是________(填選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母)；A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器件B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到直流電源上C．先釋放m2，再接通電源打出一條紙帶D．測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離E．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果，分別計(jì)算系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能和增加的動(dòng)能(2)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v＝________m/s；(3)在打點(diǎn)0～5過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量ΔEk＝________J，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝________J，由此得出的結(jié)論是____________________；(4)若某同學(xué)作出eq\f(v2,2)-h圖象如圖所示，寫出計(jì)算當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的表達(dá)式________，并計(jì)算出當(dāng)?shù)氐膶?shí)際重力加速度g＝________m/s2。8．如圖所示，某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，利用某物體打出了一條紙帶，A、B、C、D、E、F是紙帶上6個(gè)依次打的點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz。該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量A點(diǎn)到其它各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中。（1）物體運(yùn)動(dòng)的加速度是________m/s2（保留兩位有效數(shù)字）（2）該同學(xué)最可能完成的是下列哪個(gè)實(shí)驗(yàn)？________。A．探宄加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系B．驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律C．測(cè)量木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)（3）根據(jù)第（2）問的結(jié)論，若要求出物體在運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力，還需測(cè)量的物理量是_______（用字母表示并說明含義）。用還需測(cè)得的量及加速度a表示物體在運(yùn)動(dòng)過程中所受阻力的表達(dá)式f=_________（當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間）。9．小胡、小黃和小丁三位同學(xué)打算利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，如圖甲是他們所用的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。已知光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)可以測(cè)出滑塊的擋光片通過各光電門所用的時(shí)間，回答下列問題：（1）小胡同學(xué)測(cè)出擋光片的寬度d，記錄下滑塊先后通過光電門1和2所用的時(shí)間分別為t1和t2，并用刻度尺和重垂線測(cè)得光電門1和2的豎直高度差為h，已知重力加速度為g，則可以驗(yàn)證滑塊沿氣墊導(dǎo)軌下滑過程機(jī)械能守恒的表達(dá)式為___________。（2）小黃同學(xué)認(rèn)為要想實(shí)驗(yàn)結(jié)果更理想，可以采取以下措施，這些措施中不必要的是()A．擋光片的寬度d適當(dāng)小些B．光電門1和2的豎直高度差h適當(dāng)大些C．滑塊由靜止釋放的位置離光電門1適當(dāng)遠(yuǎn)些D．每次實(shí)驗(yàn)滑塊都要從同一位置由靜止釋放（3）小丁同學(xué)還想利用該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭，但恰好光電門1壞了。他在實(shí)驗(yàn)中保持光電門1的位置不變，并使每次實(shí)驗(yàn)滑塊都從同一位置由靜止釋放，改變h的大?。ü怆婇T2始終位于光電門1水平線以下），記錄下滑塊通過光電門2的時(shí)間t，并作出圖線，如圖乙所示?？芍瑝K每次通過光電門1所用時(shí)間為___________；當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=___________（a、b和d表示）。10．為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，某學(xué)習(xí)小組用如圖1所示的氣墊導(dǎo)軌裝置（包括導(dǎo)軌、氣源、光電門、滑塊、遮光條）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在導(dǎo)軌上選擇兩個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢肁、B安裝光電門Ⅰ、Ⅱ，并連接數(shù)字計(jì)時(shí)器；用刻度尺分別測(cè)量A、B點(diǎn)到水平桌面的高度h1、h2。（1）用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度5.2mm。（2）某次實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得滑塊通過光電門Ⅰ的時(shí)間s，則滑塊通過光電門Ⅰ的瞬時(shí)速度___________m/s（保留兩位有效數(shù)字）。（3）將滑塊從光電門Ⅰ左側(cè)某處由靜止開始釋放，測(cè)出滑塊通過光電門Ⅰ、Ⅱ的時(shí)間分別為和。在誤差允許范圍內(nèi)，若___________（用d、、以及重力加速度g表示），則可認(rèn)為滑塊下滑過程中機(jī)械能守恒。（4）另一小組的同學(xué)想用如圖3所示的裝置做此實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)前通過墊塊平衡了小車所受的阻力。該小組同學(xué)認(rèn)為，平衡阻力后小車和砂桶系統(tǒng)的機(jī)械能是守恒的，你是否同意？并說明理由_________________________________________。11．某實(shí)驗(yàn)小組想利用實(shí)驗(yàn)室里的彈簧彈射器（內(nèi)壁光滑）等器材來測(cè)量彈簧的彈性勢(shì)能，將質(zhì)量m的彈丸（可看作質(zhì)點(diǎn)）壓縮彈簧到位置P，由靜止彈射出去，忽略一切阻力，通過彈丸的初動(dòng)能從而求得彈簧的彈性勢(shì)能：（1）甲小組的同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置方案如圖甲所示，用鐵架臺(tái)固定住彈射器，實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了彈丸的水平位移x和彈丸下落的高度h，則在安裝彈射器時(shí)應(yīng)注意________；彈簧的彈性勢(shì)能表達(dá)式為__________.（2）乙小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖乙所示裝置，水平臺(tái)面左側(cè)固定彈射器，右側(cè)的位置各安裝一個(gè)光電門，計(jì)時(shí)器（圖中未畫出）與兩個(gè)光電門相連，并用刻度尺測(cè)得兩點(diǎn)間的水平距離x.計(jì)時(shí)器記錄下彈丸從A到B所用的時(shí)間t.①彈丸被彈射出的速度大小的表達(dá)式是________；靜止釋放彈丸時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能_______.（均用題中字母符號(hào)表示）②彈丸被彈射出去后，由于重力作用其運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)向下有所偏轉(zhuǎn)，這對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果_______（填“有”或“沒有”）影響.請(qǐng)任選一組實(shí)驗(yàn)，給出一條能減小實(shí)驗(yàn)誤差的建議：______________________.12．“用D