2024-2025學(xué)年新教材高中物理課時分層作業(yè)十七實驗：驗證機械能守恒定律新人教版必修第二冊

課時分層作業(yè)(十七)試驗：驗證機械能守恒定律A級必備學(xué)問基礎(chǔ)練1.在用打點計時器驗證機械能守恒定律的試驗中，使質(zhì)量為m＝1.00kg的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列的點，選取一條符號試驗要求的紙帶如圖甲所示．O為第一個點，A、B、C為從合適位置起先選取連續(xù)點中的三個點．已知打點計時器每隔0.02s打一個點，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間＝9.80m/s2，那么：(1)依據(jù)圖甲所示的數(shù)據(jù)，應(yīng)取圖中O點到________點來驗證機械能守恒定律；(2)從O點到(1)問中所取的點，重物重力勢能的削減量ΔEp＝________J，動能增加量ΔEk＝________J(結(jié)果取三位有效數(shù)字)．由此可得出結(jié)論：____________________________________________．(3)若測出紙帶上各點到O點之間的距離，依據(jù)紙帶算出各點的速度v及重物下落的高度h，則以v22為縱軸，以h為橫軸畫出的圖像是圖乙中的2．如圖甲所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，用重物帶動紙帶從靜止起先自由下落，利用此裝置可“驗證機械能守恒定律”．(1)已打算的器材有：打點計時器(帶導(dǎo)線)、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還必需的器材是________(只有一個選項符合要求，填選項前的符號)．A．直流電源、天平及砝碼B．直流電源、刻度尺C．溝通電源、天平及砝碼D．溝通電源、刻度尺(2)安裝好試驗裝置，正確進行試驗操作，從打出的紙帶中選出打點狀況較好的紙帶，如圖乙所示(其中一段紙帶圖中未畫出)．圖中O點為打出的起始點，此時重物的瞬時速度為零．選取在紙帶上連續(xù)打出的點A、B、C、D、E、F、G作為計數(shù)點，其中測出D、E、F點距起始點O的距離如圖乙所示，已知打點計時器打點周期為T＝0.02s．由此可計算出打E點時重物的瞬時速度vE＝________m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．(3)若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，代入圖乙中所測的數(shù)據(jù)進行計算，并將12vE2與________進行比較(用題中所給字母表示)，即可在誤差范圍內(nèi)驗證，從(4)某同學(xué)進行數(shù)據(jù)處理時不慎將紙帶前半部分損壞，找不到打出的起始點O了，如圖丙所示．于是他利用剩余的紙帶進行如下的測量：以A點為起點，測量各點到A點的距離h，計算出重物下落到各點的速度v，并作出v2-h圖像(如圖丁所示)，圖中給出了a、b、c三條平行直線，他作出的圖像應(yīng)當(dāng)是________圖線；由圖像所給的數(shù)據(jù)可以得出物體下落的實際加速度為________m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．B級關(guān)鍵實力提升練3.[2024·河北卷]某試驗小組利用鐵架臺、彈簧、鉤碼、打點計時器、刻度尺等器材驗證系統(tǒng)機械能守恒定律，試驗裝置如圖1所示．彈簧的勁度系數(shù)為k，原長為L0，鉤碼的質(zhì)量為m.已知彈簧的彈性勢能表達式為E＝12kx2，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間(1)在彈性限度內(nèi)將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測得此時彈簧的長度為L.接通打點計時器電源．從靜止釋放鉤碼，彈簧收縮，得到了一條點跡清楚的紙帶．鉤碼加速上升階段的部分紙帶如圖2所示，紙帶上相鄰兩點之間的時間間隔均為T(在誤差允許范圍內(nèi)，認(rèn)為釋放鉤碼的同時打出A點)．從打出A點到打出F點時間內(nèi)，彈簧的彈性勢能削減量為________，鉤碼的動能增加量為________，鉤碼的重力勢能增加量為________．(2)利用計算機軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理，得到彈簧彈性勢能削減量、鉤碼的機械能增加量分別與鉤碼上上升度h的關(guān)系，如圖3所示．由圖3可知，隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔漸漸變大，主要緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.課時分層作業(yè)(十七)試驗：驗證機械能守恒定律1．解析：(1)依據(jù)勻變速直線運動中，物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度可以求出打B點時重物的速度，所以取圖中O點到B點來驗證機械能守恒定律．(2)從O點到B點，重物重力勢能的削減量ΔEp＝mgΔh＝1.00×9.80×0.192J＝1.88J．打B點時重物的速度vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(0.2323－0.1555,0.04)m/s＝1.92m/s，則打B點時重物的動能EkB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(B))＝eq\f(1,2)×1.00×1.922J＝1.84J.所以從O點到B點，重物動能的增加量ΔEk＝1.84J．由此得出結(jié)論：在試驗誤差允許的范圍內(nèi)，重物動能的增加量等于重力勢能的削減量．(3)依據(jù)mgh＝eq\f(1,2)mv2得eq\f(v2,2)＝gh，即eq\f(v2,2)與h成正比．故A正確．答案：(1)B(2)1.881.84在試驗誤差允許的范圍內(nèi)，重物動能的增加量等于重力勢能的削減量(3)A2．解析：(1)要驗證的關(guān)系是mgh＝eq\f(1,2)mv2，兩邊消掉了m，則不須要天平，還須要溝通電源和刻度尺，故選D.(2)打E點時重物的瞬時速度vE＝eq\f(xDF,2T)＝eq\f(0.5491－0.4275,2×0.02)m/s＝3.04m/s.(3)機械能守恒定律要驗證的關(guān)系是mgh2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(E))，即比較eq\f(1,2)veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(E))與gh2的關(guān)系，即可在誤差范圍內(nèi)驗證，從O點到E點的過程中機械能是否守恒．(4)以A點為起點，測量各點到A點的距離h，由于A點速度不為零，可知h＝0時，縱軸坐標(biāo)不為零，正確的圖線為a；依據(jù)v2＝veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＋2gh可知v2-h圖像的斜率為k＝2g，由圖像可知g＝eq\f(1,2)k＝eq\f(1,2)×eq\f(4.0－1.0,0.15)m/s2＝10.0m/s2.答案：(1)D(2)3.04(3)gh2(4)a10.03．解析：(1)從打出A點到打出F點時間內(nèi)，彈簧的彈性勢能削減量為ΔEp彈＝eq\f(1,2)k(L－L0)2－eq\f(1,2)k(L－L0－h(huán)5)2，整理有ΔEp彈＝k(L－L0)h5－eq\f(1,2)kheq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(5))，打出F點時速度v＝eq\f(h5－h(huán)3,2T)，打出F點時鉤碼動能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)m(eq\f(h5－h(huán)3,2T))2＝eq\f(m（h5－h(huán)3）2,8T2)，由于從靜止釋放鉤碼，所以鉤碼動能增加量ΔEk＝eq\f(m（h5－h(huán)3）2,8T2)；(2)鉤碼機械能的增加量，即鉤碼動能和重力勢能增加量的總和，若無阻力做功則彈簧彈性勢能的削減量等于鉤碼機械能的增加量．現(xiàn)在隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔漸漸變大，而兩條曲線在縱向的間隔即阻力做的功，則產(chǎn)生這個問題的主要緣由是鉤碼和