2022-2023學(xué)年高中物理第四章第5節(jié)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（課時(shí)二）課時(shí)作業(yè)教科版必修2

PAGEPAGE1課時(shí)二實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)器材(1)實(shí)驗(yàn)的目的是：研究物體自由下落過程中__________守恒，即系統(tǒng)機(jī)械能的總量保持不變．(2)實(shí)驗(yàn)所需要的器材有：鐵架臺、鐵夾、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、夾子、復(fù)寫紙、刻度尺、________________、__________、________、________等．2．實(shí)驗(yàn)原理在只有________做功的自由落體運(yùn)動中，物體的________和______互相轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能守恒．即動能的__________等于重力勢能的____________．(1)若以重物下落時(shí)的起點(diǎn)為基準(zhǔn)，物體下落高度h時(shí)的速度為v，在誤差允許的范圍內(nèi)，由計(jì)算得出eq\f(1,2)mv2＋mgh＝0，若取下落高度的絕對值為h，則有________________，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證．(2)若以重物下落過程中的某一點(diǎn)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(diǎn)的速度vA，再測出物體由A點(diǎn)下落Δh后經(jīng)過B點(diǎn)的速度vB，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計(jì)算得出eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mgΔh，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證．3．?dāng)?shù)據(jù)處理取下落高度的絕對值為h.(1)利用公式vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)，計(jì)算出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3、…的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、….(2)要驗(yàn)證的是eq\f(1,2)mv2＝________或eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝________，只需驗(yàn)證eq\f(1,2)v2＝gh或eq\f(1,2)veq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,1)＝gΔh，因此__________測量重物的質(zhì)量m.驗(yàn)證：通過計(jì)算，看在誤差允許的范圍之內(nèi)eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)與ghn是否相等或eq\f(1,2)veq\o\al(2,m)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)與ghmn是否相等【概念規(guī)律練】知識點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)器材的選擇和實(shí)驗(yàn)的操作1．用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)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(shí)速度2．在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中：(1)從下列器材中選出實(shí)驗(yàn)所必需的，其編號為______．A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(包括紙帶)B．重物C．天平D．毫米刻度尺E．秒表F．運(yùn)動小車(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝放置要求為__________；開始打點(diǎn)計(jì)時(shí)的時(shí)候，應(yīng)先______________________，然后再________________________________．(3)選擇下列正確的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)間F．取下紙帶，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)3次G．將紙帶固定在重錘上，讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并用手提住，使重錘靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器H．選取理想紙帶，對幾個(gè)方便的點(diǎn)測量并計(jì)算，看mgh和eq\f(1,2)mv2是否相等知識點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)的原理3．在某次驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一條豎直線上，使紙帶通過時(shí)受到了較大的阻力，則結(jié)果()A．mgh>eq\f(1,2)mv2 B．mgh<eq\f(1,2)mv2C．mgh＝eq\f(1,2)mv2 D．以上都不可能4．某同學(xué)在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，不慎將一條選擇好的紙帶的前面部分損壞了，剩下的一段紙帶上各點(diǎn)間的距離，他測出并標(biāo)在紙帶上，如圖1所示．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期T＝0.02s，重力加速度g取9.8m/s2.圖1(1)利用紙帶說明重物通過第2、5兩點(diǎn)時(shí)機(jī)械能守恒．(2)分別說明為什么得到的結(jié)果是重力勢能的減少量略大于動能的增加量？【方法技巧練】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法5．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)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()6．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，用刻度尺測量時(shí)各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖2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分別是每兩個(gè)點(diǎn)取出的計(jì)數(shù)點(diǎn)．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知質(zhì)量為m的重物由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)時(shí)．圖2(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(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？1．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，要驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)間2．下列關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器選用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器比電火花計(jì)時(shí)器誤差要小圖33．如圖3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，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．N點(diǎn)是第n個(gè)點(diǎn)，則vn＝gnTB．N點(diǎn)是第n－1個(gè)點(diǎn)，則vn＝g(n－1)TC．vn＝eq\f(sn＋sn＋1,2T)D．vn＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T)4．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中(1)不需測量或計(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，使紙帶通過時(shí)受到較大阻力，這樣會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果mgh____eq\f(1,2)mv2(選填“>”或“<”)．5.圖4圖4為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘．回答下列問題：(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有________．(填入正確選項(xiàng)前的字母)A．刻度尺B．秒表C．0～12V的直流電源D．0～12V的交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(寫出兩個(gè)原因)圖56．利用圖5所示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h.某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計(jì)了以下四種測量方案：A．用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時(shí)間t，通過v＝gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v.B．用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v＝eq\r(2gh)計(jì)算出瞬時(shí)速度v.C．根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測算出瞬時(shí)速度v，并通過h＝eq\f(v2,2g)計(jì)算出高度h.D．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測算出瞬時(shí)速度v.以上方案中只有一種正確，正確的是________(填入相應(yīng)的字母)．圖67．(1)用如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，在下面所列舉的該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)的先后順序選取A、B、C、D四個(gè)合適的相鄰點(diǎn)，通過測量計(jì)算得出B、C兩點(diǎn)的速度為vB、vC，并測出B、C兩點(diǎn)間的距離為hF．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eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(2)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)周期為0.02s，自由下落的重物質(zhì)量為1kg，打出一條理想的紙帶，數(shù)據(jù)如圖7所示，單位是cm，g取9.8m/s2，O、A之間有多個(gè)點(diǎn)沒畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下點(diǎn)B時(shí)，物體的速度vB＝____m/s，從起點(diǎn)O到打下B點(diǎn)的過程中，重力勢能的減少量ΔEp＝________J，此過程中物體動能的增量ΔEk＝________J．(答案保留兩位有效數(shù)字)圖78．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8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8甲同學(xué)測出了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)測出了A、B、C、D各點(diǎn)到第一點(diǎn)O的距離hOA、hOB、hOC、hOD，利用vB＝eq\f(hOC－h(huán)OA,2T)、vC＝eq\f(hOD－h(huán)OB,2T)計(jì)算B、C點(diǎn)的速度，然后驗(yàn)證了mg(hOC－h(huán)OB)與eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)是否相等．請你對甲乙兩位同學(xué)的做法逐一分析，不合理之處提出完善方法．課時(shí)二實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課前預(yù)習(xí)練1．(1)機(jī)械能(2)低壓交流電源重物紙帶導(dǎo)線2．重力動能勢能增加量減少量(1)eq\f(1,2)mv2＝mgh3．(2)mghmgΔh不需要課堂探究練1．CD2．(1)A、B、D(2)底板要豎直給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電釋放重物(3)B、G、C、F、H解析(1)選出的器材有：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(包括紙帶)，重物，毫米刻度尺，編號分別為：A、B、D.注意因mgh＝eq\f(1,2)mv2，故m可約去，不需要用天平．(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝時(shí)，底板要豎直，這樣才能使重物在自由落下時(shí)，受到的阻力較小，開始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)該為B、G、C、F、H.3．A4．見解析解析(1)v2＝eq\f(s13,2T)＝eq\f(2.9＋3.3×10－2,2×0.02)m/s＝1.55m/sv5＝eq\f(s46,2T)＝eq\f(4.0＋4.3×10－2,2×0.02)m/s＝2.08m/sΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＝0.96m而ΔEp＝mgs25＝m×9.8×(3.3＋3.6＋4.0)×10－2＝1.07故在系統(tǒng)誤差允許的范圍內(nèi)重物通過第2、5兩點(diǎn)時(shí)機(jī)械能守恒．(2)不難看出ΔEp>ΔEk，這是因?yàn)橹匚锵侣涞倪^程中除了受到空氣阻力的作用外，還受到紙帶和限位孔間摩擦阻力的作用．5．C[根據(jù)機(jī)械能守恒定律有：mgh＝eq\f(1,2)mv2，v2＝2gh，所以v2與h成正比例關(guān)系，函數(shù)圖象是一條過原點(diǎn)的直線，C正確．]點(diǎn)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．6．(1)1.911m(2)1.89解析(1)重力勢能的減少量為ΔEp減＝mghOB＝m×9.8×0.195＝1.911(2)重物下落到B點(diǎn)時(shí)的速度vB＝eq\f(hAC,4T)＝eq\f(0.1555,4×0.02)m/s≈1.944m/s所以重物從O點(diǎn)下落到B點(diǎn)動能的增加量為ΔEk增＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)m×1.9442≈1.889m(3)從(1)、(2)中計(jì)算的數(shù)據(jù)可得出在實(shí)驗(yàn)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(jī)械能守恒．產(chǎn)生誤差的主要原因：重物在下落時(shí)要受到阻力作用(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對紙帶的摩擦力、空氣阻力)，克服阻力做功．課后鞏固練1．AE[在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，需驗(yàn)證重力勢能減少量mgh和動能增加量eq\f(1,2)mv2之間的大小關(guān)系．若機(jī)械能守恒，則有mgh＝eq\f(1,2)mv2，兩邊都有質(zhì)量，可約去，即驗(yàn)證gh＝eq\f(1,2)v2成立即可，無需用停表測量時(shí)間，因此E選項(xiàng)也多余，其余選項(xiàng)都需要，故應(yīng)選A、E.]2．B[為減小實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的振針與紙帶間有摩擦，電火花計(jì)時(shí)器對紙帶的阻力較小，故選用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器誤差大些，D錯誤．]3．CD4．(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>eq\f(1,2)mv2.5．(1)AD(2)見解析解析(1)需要米尺來測量兩點(diǎn)之間的距離，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需用交流電源，故選A、D.(2)①紙帶與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間存在摩擦阻力；②測量兩點(diǎn)之間距離時(shí)，讀數(shù)有誤差；③計(jì)算勢能變化時(shí)，