2019_2020学年高中物理第2章实验探究动能与重力势能的转化和守恒随堂演练巩固提升鲁科版.docx

第1课时实验：探究动能与重力势能的转化和守恒 学生用书P271用如图所示装置验证机械能守恒定律，由于电火花计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大的阻力，这样实验造成的结果是()A重力势能的减少量明显大于动能的增加量B重力势能的减少量明显小于动能的增加量C重力势能的减少量等于动能的增加量D以上几种情况都有可能解析：选A.由于重物下落时要克服阻力做功，重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能，故重力势能的减少量大于动能的增加量，A正确2利用自由落体运动验证机械能守恒定律，就是看mv是否等于mghn.下列说法中正确的是()A打点计时器打第一个点O时，重物的速度不一定为零Bhn是点n到点O的距离Cm为重物的质量，需用天平称量D计算vn要用vngtn，其中tn(n1)T解析：选B.从机械能守恒的角度来看，重力势能全部转化为动能，要使mvmghn，初动能必须为零，选项A错误；hn代表下落的高度，所以选项B正确；从等式中看出m可以约掉，所以不需要用天平测出其质量，选项C错误；求vn时，应该用点n前1点到后1点的距离除以这段长度对应的时间来求vn的大小，也就是求中间时刻的速度，选项D错误3(多选)如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，有关尺寸在图中已注明我们选中n点来验证机械能守恒定律下面举出一些计算n点速度的方法，其中正确的是()An点是第n个点，则vngnTBn点是第n个点，则vng(n1)TCvnDvn解析：选CD.n点的瞬时速度等于sn与sn1段的平均速度4.如图所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_(填入正确选项前的字母)A米尺B秒表C012 V的直流电源D012 V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有_.(写出两个原因)解析：(1)用米尺测量长度，打点计时器需要使用交流电源(2)纸带和打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上各点的位置时读数有误差；计算势能的变化时，选取始末两点的距离过近；交流电的频率不稳定这些都是产生误差的原因答案：(1)AD(2)纸带和打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上各点的位置时读数有误差；计算势能的变化时，选取始末两点的距离过近；交流电的频率不稳定(任选其二)5甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验(1)图中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材有_；乙同学需在图中选用的器材有_(用字母表示)(2)乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图所示的两条纸带和.纸带_的加速度大(填“”或“”)，其加速度大小为_解析：(1)要采用落体法做“验证机械能守恒定律”实验，需要下落的重物A和打点计时器B；要做“探究加速度与力、质量的关系”实验，需要研究对象小车D，拉动小车的钩码E及打点计时器B.(2)纸带的加速度大小为a1 m/s22.5 m/s2纸带的加速度大小为a2 m/s21.25 m/s2因此纸带的加速度大，大小为2.5 m/s2.答案：(1)ABBDE(2)2.5 m/s2(2.32.7 m/s2均可)6在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g9.8 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取的计数点则重物由O点运动到B点时(重物质量为m kg)(1)重力势能的减少量是_ J动能的增加量是_ J.(2)重力势能的减少量_(“略大于”或“略小于”)动能的增加量，原因是_(3)根据计算的数据得出的结论：_.解析：(1)重力势能的减少量为EpmghOBm9.80.195 J1.911m J.重物下落到B点时的速度为vB1.944 m/s所以重物从开始下落到B点增加的动能为Ekmv1.89m J.(2)略大于；由于空气阻力和限位孔的摩擦阻力做功，将部分机械能转化为内能(3)从以上计算的数据得出：在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能，即机械能守恒答案：(1)1.911m1.89m(2)略大于见解析(3)在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能，即机械能守恒7在用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中：(1)所用重锤的质量m1.0 kg，打点计时器所用电源的频率为50 Hz，打下的纸带如图所示(图中的数据为从起始点O到该点的距离)，则在打B点时，重锤的速度vB_m/s，重锤的动能Ek_J，从开始下落到打B点时，重锤的势能减少量是_J(保留两位有效数字)(2)根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v2为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是图中的_解析：(1)vB m/s0.79 m/sEkmv1.00.792 J0.31 JEpmghB01.09.832.4103 J00.32 J.(2)由于在误差允许范围内，下落过程满足机械能守恒，则mv2mgh，即v22ghh.故选项C正确答案：(1)0.790.310.32(2)C8某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系(1)如图(a)，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k_ N/m.(g取9.80 m/s2)砝码质量/g50100150弹簧长度/cm8.627.636.66(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图(b)所示，调整导轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小_(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v.释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为_(4)重复(3)中的操作，得到v与x的关系如图(c)，由图可知，v与x成_关系由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的_成正比解析：(1)加50 g砝码时，弹簧弹力F1mgk(l0l1)，加100 g砝码时F22mgk(l0l2)，FF2F1k(l1l2)，则k49.5 N/m，同理由加100 g砝码和加150 g砝码的情况可求得k50.5 N/m，则劲度系数k50 N/m.(2)使滑块通过两个光电门时的速度大小相等，就可以认为滑块离开弹簧后做匀速直线运动(3)弹性势能转化为滑块的动能(4)图线是过原点的直线，所以v与x成正比，整个过程弹性势能转化为动能，即E弹Ekmv2，弹性势能与速度的二次方成正比，则弹性势能与压缩量x的二次方成正比答案：(1)50(2)相等(3)滑块的动能(4)正比压缩量的二次方9用气垫导轨装置验证机械能守恒定律，先非常仔细地把导轨调成水平，然后用垫块把导轨一端垫高H，如图所示滑块m上面装有l3 cm的挡光框，使它由轨道上端任一处滑下，测出它通过光电门G1和G2所用的时间t1和t2，就可以算出它通过G1和G2时的速度v1和v2，进而算出它由G1到G2这段过程中动能的增加量Ekmvmv，再算出重力势能的减少量Epmgh，比较Ek与Ep的大小，便可验证机械能是否守恒(1)滑块的速度v1、v2如何求出？滑块通过G1时的高度h如何求出？(2)若测得图中L1 m，s0.5 m，H20 cm，m500 g，滑块通过G1和G2所用的时间分别为5.0102 s和2.0102 s，当地重力加速度g9.80 m/s2，试判断机械能是否守恒解析：(1)因为挡光框宽度很小(l3 cm)，滑块通过光电门的时间极短，故可以认为滑块通过光电门时做匀速运动，则通过两光电门时的平均速度等于通过G1