【導學案】2021年高中物理人教版必修二教師用書-7.9-實驗：驗證機械能守恒定律-配套練習

1.關于“驗證機械能守恒定律”的試驗,以下說法正確的是()。A.試驗中摩擦是不行避開的,因此紙帶越短越好,由于紙帶越短,克服摩擦力做的功就越少,誤差就越小B.試驗時需稱出重錘的質量C.紙帶上第1、2兩點間距若不接近2mm,則無論怎樣處理試驗數(shù)據,試驗誤差都肯定較大D.處理打點的紙帶時,可以直接利用打點計時器打出的實際點跡,而不必接受“計數(shù)點”的方法【解析】A選項中,紙帶過短,長度測量的相對誤差較大,故A錯誤;由mv2=mgh知,只需驗證v2=gh即可,不必測重錘質量,故B錯;對C選項中的紙帶,可選點跡清楚、距離合適的任兩點M、N,通過計算ΔEk=m-m與mghMN的值進行比較,試驗誤差不肯定大,故C錯誤;由于自由落體加速度較大,因此除去第1、2兩點距離可能很小,其他相鄰兩點間的距離均大于或遠大于2mm,用毫米刻度尺測量完全可以,不必接受“計數(shù)點”法,故D正確?！敬鸢浮緿2.在用如圖所示的試驗裝置來驗證機械能守恒定律時,下列說法中正確的是()。A.必需用秒表測出重物下落的時間B.試驗操作時,留意手提著紙帶使重物靠近打點計時器,先接通打點計時器電源,然后松開紙帶C.假如打點計時器不豎直,重物下落時,其重力勢能有一部分消耗在紙帶摩擦上,就會造成重力勢能的變化小于動能的變化D.驗證時,可以不測量重物的質量或重力【解析】由于試驗中使用打點計時器,不需要測時間,選項A錯誤;打點計時器不豎直,重物下落時,其重力勢能有一部分消耗在紙帶摩擦上,造成重力勢能的削減量大于動能的增加量,選項C錯誤;試驗時,為節(jié)省紙帶,便于測量,應使重物靠近打點計時器,應先通電后放手,選項B正確;由于動能和勢能表達式中都含有質量,可以消去,故不需測質量,選項D正確?！敬鸢浮緽D3.在爭辯重物自由下落過程中機械能守恒的試驗中,得到如圖所示的一條紙帶,該紙帶上最初打出的幾個點不清楚,紙帶上留下的是后面的一些點。算出打下B、C兩點時,重物速度分別是vB、vC,量得B、C兩點間的距離為h,那么驗證機械能守恒的表達式可寫為()。A.gh=-B.gh=-C.vC=vB+aT D.+=2gh【解析】從B→C的過程ΔEp減=mghΔEk增=m-m所以需驗證的表達式為mgh=m-m即gh=-。【答案】B4.某同學在進行“驗證機械能守恒定律”試驗時,獲得了數(shù)條紙帶,下列說法正確的是()。A.必需選擇第1、2兩點間的距離接近2mm的紙帶進行測量B.在紙帶上選取點跡清楚的、便利測量的某點作計數(shù)點的始點C.用毫米刻度尺量出各計數(shù)點到起始點之間的距離,得出重物下落的相應高度h1、h2……h(huán)nD.用公式vn=,計算出各計數(shù)點對應的重物的瞬時速度【解析】由試驗的原理和操作知道,選項C、D都正確;對于A,無論何時釋放紙帶,只要方法正確,仍能驗證機械能守恒定律,不必選第1、2兩點之間的距離接近2mm的紙帶,故選項A錯;起始點應是打的第一個點,不能從中間選取,故選項B錯。【答案】CD5.用落體法“驗證機械能守恒定律”的試驗中,依據紙帶算出相關的速度v,量出下落距離h,則以為縱軸,以h為橫軸,畫出的圖象應是下圖中的()?！窘馕觥繉τ谧杂陕潴w運動,由靜止開頭下落高度h后,重力勢能削減mgh,動能增加mv2,應滿足mgh=mv2,即v2=gh。【答案】C6.在“驗證機械能守恒定律”的試驗中,已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz,查得當?shù)刂亓铀俣萭=9.80m/s2,測得所用的重物的質量為1.00kg。試驗中得到一條點跡清楚的紙帶,如圖所示,把第一個點記作O,另選連續(xù)的四個點A、B、C、D作為測量的點。經測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、【解析】依據測量數(shù)據,重物從O點運動到C點下落的高度h=0.7776m,故重力勢能削減量ΔEp=mgh=1.00×9.80×0重物動能的增加量ΔEk=m-m依據試驗狀況,重物在O點的速度vO=0,C點的速度vC等于重物從B點到D點這一段時間的平均速度由試驗數(shù)據可得:vC==m/s=3.8875m/s重物的動能增加量ΔEk=m=×1.00×3.88752J=7.56J?！敬鸢浮?.627.567.用自由落體法“驗證機械能守恒定律”的試驗中:(g取9.8m/s(1)運用公式mv2=mgh時對試驗條件的要求是。為此目的,所選擇的紙帶第1、2兩點間的距離應接近。(2)若試驗中所用重物質量m=1kg,打點紙帶如圖所示,打點時間間隔為0.02s,則記錄B點時,重物速度vB=,重物動能Ek=;從開頭下落起至B點,重物的重力勢能削減量是,由此可得出的結論是?！窘馕觥?1)自由下落的物體在第一個0.02s內,下落距離h=gt2=2mm。(2)vB==m/s=0.59m/sEk=m=×1×0.592J=0.174JΔEp=mgh=1×9.8×17.9×10-3J=0.175J?！敬鸢浮?1)物體自由下落,打起始點時初速度為02mm(2)0.59m/s0.174J0.175J8.某同學用如圖甲所示裝置做“驗證機械能守恒定律”的試驗。圖乙為試驗中得到的一條紙帶,在紙帶上用0、1、2、3……標出計數(shù)點。(1)規(guī)定打點1時重力勢能為零,要計算出打點4時重物的機械能,在紙帶上必需測出。試驗中若不知道本地的重力加速度的大小,要計算出機械能還必需測出重物的。(2)該同學依據測出的數(shù)據精確?????地計算出打各計數(shù)點時重物的機械能,發(fā)覺打后一個點時的機械能都比打前一個點時的機械能小,其緣由可能是(只要求說出一種)。(3)若在數(shù)據處理時所用的重力加速度比本地的重力加速度大,不考慮其他因素產生的誤差,將使打后一個點時的機械能都比打前一個點時的機械能?！窘馕觥?1)要計算打點4時重物的機械能,即重物的動能和重力勢能,應知道1、4間的距離,計算出重力勢能;知道3、5間的距離,求打點4的瞬時速度。另外,若不知道本地的重力加速度大小,還必需測量出重物的重力和質量。(2)該同學依據測出的數(shù)據精確?????地計算出打各計數(shù)點時重物的機械能,發(fā)覺打后一個點時的機械能都比打前一個點時的機械能小,說明重物下落過程有阻力做功,使重物機械能削減。(3)在不考慮其他因素產生的誤差的狀況下,若在數(shù)據處理時所用的重力加速度比本地的重力加速度大,由Ep=mgh可知,計算重力勢能時會偏大,所以將使打后一個點時的機械能都比打前一個點時的機械能大?！敬鸢浮?1)1、4兩點之間的距離和3、5兩點之間的距離(或2、6兩點間的距離)質量和重力(2)試驗中存在阻力(3)大9.某同學做驗證機械能守恒定律試驗時,不慎將一條選擇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間的距離已測出標在圖中,單位是cm。已知重物質量為m,打點計時器工作頻率為50Hz,重力加速度g取9.8m/s(1)重物在點2的速度v2=m/s,在點5的速度v5=m/s,此過程中動能增加量ΔEk=,重力勢能削減量ΔEp=。(2)比較得ΔEkΔEp(填“大于”“等于”或“小于”),緣由是,由以上可得出試驗結論。(3)依據試驗推斷下列圖象正確的是(其中ΔEk表示物體動能的變化,Δh表示物體下落的高度)()?！窘馕觥?1)依據勻變速直線運動的規(guī)律,可以求出重物在點2的速度v2=m/s=1.重物在5點的速度v5=m/s=2.所以動能增加量為ΔEk=m-m=1.ΔEp=mgh25=m×9.8×(3.2+3.6+4.0)×10-2=1.(2)明顯ΔEk<ΔEp,緣由是試驗中重錘要克服阻力做功。由以上可得出的試驗結論:在誤差允許的范圍內,機械能守恒。(3)物體機械能守恒,應有物體削減的重力勢能轉化為動能,即ΔEk=mgΔh,可見物體增加的動能與下落的距離成正比,選項C正確?！敬鸢浮?1)1.502.0751.03(2)小于試驗中重錘要克服阻力做功在誤差允許的范圍內,機械能守恒(3)C10.某同學利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05s閃光一次,圖中所標數(shù)據為實際距離,該同學通過計算得到不同時刻的速度如下表。(當?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2,小球質量m=時刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由頻閃照片上的數(shù)據計算t5時刻小球的速度v5=m/s。(2)從t2到t5時間內,重力勢能增量ΔEp=J,動能削減量ΔEk=J。(3)在誤差允許的范圍內,若ΔEp與ΔEk近似相等,從而驗證了機械能守恒定律。由上述計算得ΔEp(填“>”“<”或“=”)ΔEk,造成這種結