（课堂设计）高中物理 4.5.2 实验：验证机械能守恒定律每课一练 教科版必修2

第2课时实验：验证机械能守恒定律1．本实验中，除铁架台、夹子、低压交流电源、纸带和重物外，还需选用的仪器是()A．秒表 B．刻度尺C．天平 D．打点计时器2．在“验证机械能守恒定律”的实验中(1)不需测量或计算的物理量是()A．下落高度 B．瞬时速度C．重物质量 D．时间(2)由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到了较大的阻力，这样会导致实验结果mgh________eq\f(1,2)mv2(选填“>”或“<”)．3．在一次验证机械能守恒定律实验中，质量m＝1kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图1所示(打点间隔为0.02s)，单位cm.那么图1(1)纸带的________端与重物相连；(2)打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB＝________；(3)从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是ΔEp＝________.此过程中物体动能的增加量ΔEk＝________(g取9.8m/s2)；(4)通过计算，数值上ΔEp________ΔEk(填“>”、“＝”或“<”)，这是因为__________________________________；(5)实验的结论是_____________________________________________________________________________________________________________________________.4．在验证机械能守恒定律的实验中，已知打点计时器打点间隔为T，某一组同学得到了一条如图2所示的纸带，在填写实验报告时甲、乙两个同学选择了不同的数据处理方法：图2甲同学测出了C点到第一点O的距离hOC，利用veq\o\al(2,C)＝2ghOC计算得到了C点的速度，然后验证mghOC与eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)相等．乙同学测出了A、B、C、D各点到第一点O的距离hA、hB、hC、hD，利用vB＝eq\f(hC－hA,2T)、vC＝eq\f(hD－hB,2T)计算B、C点的速度，然后验证了mg(hC－hB)与eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)是否相等．请你对甲乙两位同学的做法逐一分析，不合理之处提出完善办法．5．在用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，得到如图3所示的一条纸带．起始点O到A、B、C、D、E各点的距离分别为hA、hB、hC、hD、hE.如果重物的质量为m，打点计时器所用电源的频率为f，则在打B、D两点时，重物的速度vB＝________，vD＝________.如果选择起始点的位置为零势能参考点，则在打B、D两点时重物的机械能EB＝________，ED＝________，若EB________ED，则说明重物在下落过程中机械能守恒．图36．在“验证机械能守恒定律”的实验中，利用重物拖着纸带自由下落通过打点计时器并打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量分析，即可验证机械能守恒定律．(1)正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图4所示．图中O点为打点起始点，且速度为零．图4选取纸带上打出的连续点，标上A、B、C……测得其中E、F、G点距打点起始点O的距离分别为h1、h2、h3.已知重物的质量为m，当地重力加速度为g，打点计时器的打点周期为T.为验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从打下O点到打下F点的过程中，重物重力势能的减少量ΔEp＝________，动能的增加量ΔEk＝________.(用题中所给字母表示)(2)以各点到起始点的距离h为横坐标，以各点速度的平方v2为纵坐标建立直角坐标系，用实验测得的数据绘出v2－h图象，如图5所示：由v2－h图线求得重物下落的加速度g′＝________m/s2.(结果保留三位有效数字)图57．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50Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80m/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6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出的计数点．根据以上数据，重物由O点运动到B点时，已知重物质量为m(kg)．求：图6(1)重力势能的减少量为多少？(2)动能的增加量是多少？(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？第2课时实验：验证机械能守恒定律1．BD[测量下落高度需用刻度尺，打点计时器打出纸带并能标识时间，选B、D.]2．(1)C(2)>解析(1)本实验需要验证mgh与eq\f(1,2)mv2的关系，所以不需要测量重物质量m，C正确．(2)重物在下落过程中克服阻力做功，使减小的重力势能不能完全转化为动能，所以mgh>eq\f(1,2)mv2.3．(1)O(2)0.98m/s(3)0.49J0.48J(4)>重物和纸带下落时受到阻力作用(5)在实验误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量解析(1)纸带释放时速度较小，打点较密，先打距重物近的一侧，故O端与重物相连．(2)B点速度vB＝eq\f(hC－hA,2T)＝eq\f(7.06－3.14,0.04)cm/s＝0.98m/s(3)从O点到打B点，重力势能减少量ΔEp＝mghB＝1×9.8×0.0501J＝0.49J动能增加量eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝0.48J；(4)由(3)中计算结果知ΔEp>ΔEk，因为重物和纸带下落时受到阻力作用；(5)由(3)中计算结果可知，在实验误差允许的范围内，机械能守恒．4．甲同学选择从O到C段验证机械能守恒，计算C点的速度用veq\o\al(2,C)＝2ghOC的话，犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．计算vC可以选择vC＝eq\f(hD－hB,2T).乙同学选择了从B到C段验证机械能守恒，由于BC较近，造成误差偏大，选择BD段相对较为合适．5.eq\f(hC－hA,2)·feq\f(hE－hC,2)·feq\f(1,8)mf2(hC－hA)2－mghBeq\f(1,8)mf2(hE－hC)2－mghD＝解析根据纸带上瞬时速度的计算方法，得vB＝eq\f(hC－hA,2T)＝eq\f(hC－hA,2)·f，vD＝eq\f(hE－hC,2T)＝eq\f(hE－hC,2)·f打B点时，重物的动能和重力势能分别为EkB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(hC－hA,2)·f))2＝eq\f(1,8)mf2(hC－hA)2EpB＝－mghB.此时重物的机械能EB＝EkB＋EpB＝eq\f(1,8)mf2(hC－hA)2－mghB，同理EkD＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)＝eq\f(1,8)mf2(hE－hC)2，EpD＝－mghD，ED＝eq\f(1,8)mf2(hE－hC)2－mghD如果EB＝ED，则说明重物在下落过程中机械能守恒．6．(1)mgh2eq\f(mh3－h12,8T2)(2)9.71(9.64～9.77均可)解析(1)从打下O点到打下F点的过程中，重物重力势能的减少量ΔEp＝mgh2，vF＝eq\f(h3－h1,2T)动能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,F)＝eq\f(mh3－h12,8T2).(2)由eq\f(1,2)mv2＝mg′h可得：v2＝2g′h，由v2－h图线可求得：图线的斜率k＝19.42由k＝2g′可得：物体下落的加速度g′＝9.71m/s2.7．(1)1.91mJ(2)1.86mJ(3)见解析解析(1)重力势能的减少量为ΔEp减＝mghOB＝m×9.8×0.195＝1.91m(J)(2)重锤下落到B点时的速度vB＝eq\f(hAC,2t)＝eq\f(0.1555,2×0.04)m/s＝1.94m/s所以重锤从开始下落到B点增