【导学案】2021年高中物理人教版必修二教师用书-7.9-实验：验证机械能守恒定律-配套练习

1.关于“验证机械能守恒定律”的试验,以下说法正确的是()。A.试验中摩擦是不行避开的,因此纸带越短越好,由于纸带越短,克服摩擦力做的功就越少,误差就越小B.试验时需称出重锤的质量C.纸带上第1、2两点间距若不接近2mm,则无论怎样处理试验数据,试验误差都肯定较大D.处理打点的纸带时,可以直接利用打点计时器打出的实际点迹,而不必接受“计数点”的方法【解析】A选项中,纸带过短,长度测量的相对误差较大,故A错误;由mv2=mgh知,只需验证v2=gh即可,不必测重锤质量,故B错;对C选项中的纸带,可选点迹清楚、距离合适的任两点M、N,通过计算ΔEk=m-m与mghMN的值进行比较,试验误差不肯定大,故C错误;由于自由落体加速度较大,因此除去第1、2两点距离可能很小,其他相邻两点间的距离均大于或远大于2mm,用毫米刻度尺测量完全可以,不必接受“计数点”法,故D正确。【答案】D2.在用如图所示的试验装置来验证机械能守恒定律时,下列说法中正确的是()。A.必需用秒表测出重物下落的时间B.试验操作时,留意手提着纸带使重物靠近打点计时器,先接通打点计时器电源,然后松开纸带C.假如打点计时器不竖直,重物下落时,其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上,就会造成重力势能的变化小于动能的变化D.验证时,可以不测量重物的质量或重力【解析】由于试验中使用打点计时器,不需要测时间,选项A错误;打点计时器不竖直,重物下落时,其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上,造成重力势能的削减量大于动能的增加量,选项C错误;试验时,为节省纸带,便于测量,应使重物靠近打点计时器,应先通电后放手,选项B正确;由于动能和势能表达式中都含有质量,可以消去,故不需测质量,选项D正确。【答案】BD3.在争辩重物自由下落过程中机械能守恒的试验中,得到如图所示的一条纸带,该纸带上最初打出的几个点不清楚,纸带上留下的是后面的一些点。算出打下B、C两点时,重物速度分别是vB、vC,量得B、C两点间的距离为h,那么验证机械能守恒的表达式可写为()。A.gh=-B.gh=-C.vC=vB+aT D.+=2gh【解析】从B→C的过程ΔEp减=mghΔEk增=m-m所以需验证的表达式为mgh=m-m即gh=-。【答案】B4.某同学在进行“验证机械能守恒定律”试验时,获得了数条纸带,下列说法正确的是()。A.必需选择第1、2两点间的距离接近2mm的纸带进行测量B.在纸带上选取点迹清楚的、便利测量的某点作计数点的始点C.用毫米刻度尺量出各计数点到起始点之间的距离,得出重物下落的相应高度h1、h2……hnD.用公式vn=,计算出各计数点对应的重物的瞬时速度【解析】由试验的原理和操作知道,选项C、D都正确;对于A,无论何时释放纸带,只要方法正确,仍能验证机械能守恒定律,不必选第1、2两点之间的距离接近2mm的纸带,故选项A错;起始点应是打的第一个点,不能从中间选取,故选项B错。【答案】CD5.用落体法“验证机械能守恒定律”的试验中,依据纸带算出相关的速度v,量出下落距离h,则以为纵轴,以h为横轴,画出的图象应是下图中的()。【解析】对于自由落体运动,由静止开头下落高度h后,重力势能削减mgh,动能增加mv2,应满足mgh=mv2,即v2=gh。【答案】C6.在“验证机械能守恒定律”的试验中,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,查得当地重力加速度g=9.80m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg。试验中得到一条点迹清楚的纸带,如图所示,把第一个点记作O,另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点。经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、【解析】依据测量数据,重物从O点运动到C点下落的高度h=0.7776m,故重力势能削减量ΔEp=mgh=1.00×9.80×0重物动能的增加量ΔEk=m-m依据试验状况,重物在O点的速度vO=0,C点的速度vC等于重物从B点到D点这一段时间的平均速度由试验数据可得:vC==m/s=3.8875m/s重物的动能增加量ΔEk=m=×1.00×3.88752J=7.56J。【答案】7.627.567.用自由落体法“验证机械能守恒定律”的试验中:(g取9.8m/s(1)运用公式mv2=mgh时对试验条件的要求是。为此目的,所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近。(2)若试验中所用重物质量m=1kg,打点纸带如图所示,打点时间间隔为0.02s,则记录B点时,重物速度vB=,重物动能Ek=;从开头下落起至B点,重物的重力势能削减量是,由此可得出的结论是。【解析】(1)自由下落的物体在第一个0.02s内,下落距离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。【答案】(1)物体自由下落,打起始点时初速度为02mm(2)0.59m/s0.174J0.175J8.某同学用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”的试验。图乙为试验中得到的一条纸带,在纸带上用0、1、2、3……标出计数点。(1)规定打点1时重力势能为零,要计算出打点4时重物的机械能,在纸带上必需测出。试验中若不知道本地的重力加速度的大小,要计算出机械能还必需测出重物的。(2)该同学依据测出的数据精确     地计算出打各计数点时重物的机械能,发觉打后一个点时的机械能都比打前一个点时的机械能小,其缘由可能是(只要求说出一种)。(3)若在数据处理时所用的重力加速度比本地的重力加速度大,不考虑其他因素产生的误差,将使打后一个点时的机械能都比打前一个点时的机械能。【解析】(1)要计算打点4时重物的机械能,即重物的动能和重力势能,应知道1、4间的距离,计算出重力势能;知道3、5间的距离,求打点4的瞬时速度。另外,若不知道本地的重力加速度大小,还必需测量出重物的重力和质量。(2)该同学依据测出的数据精确     地计算出打各计数点时重物的机械能,发觉打后一个点时的机械能都比打前一个点时的机械能小,说明重物下落过程有阻力做功,使重物机械能削减。(3)在不考虑其他因素产生的误差的状况下,若在数据处理时所用的重力加速度比本地的重力加速度大,由Ep=mgh可知,计算重力势能时会偏大,所以将使打后一个点时的机械能都比打前一个点时的机械能大。【答案】(1)1、4两点之间的距离和3、5两点之间的距离(或2、6两点间的距离)质量和重力(2)试验中存在阻力(3)大9.某同学做验证机械能守恒定律试验时,不慎将一条选择出的纸带的一部分损坏,损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中,单位是cm。已知重物质量为m,打点计时器工作频率为50Hz,重力加速度g取9.8m/s(1)重物在点2的速度v2=m/s,在点5的速度v5=m/s,此过程中动能增加量ΔEk=,重力势能削减量ΔEp=。(2)比较得ΔEkΔEp(填“大于”“等于”或“小于”),缘由是,由以上可得出试验结论。(3)依据试验推断下列图象正确的是(其中ΔEk表示物体动能的变化,Δh表示物体下落的高度)()。【解析】(1)依据匀变速直线运动的规律,可以求出重物在点2的速度v2=m/s=1.重物在5点的速度v5=m/s=2.所以动能增加量为ΔEk=m-m=1.ΔEp=mgh25=m×9.8×(3.2+3.6+4.0)×10-2=1.(2)明显ΔEk<ΔEp,缘由是试验中重锤要克服阻力做功。由以上可得出的试验结论:在误差允许的范围内,机械能守恒。(3)物体机械能守恒,应有物体削减的重力势能转化为动能,即ΔEk=mgΔh,可见物体增加的动能与下落的距离成正比,选项C正确。【答案】(1)1.502.0751.03(2)小于试验中重锤要克服阻力做功在误差允许的范围内,机械能守恒(3)C10.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次,图中所标数据为实际距离,该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。(当地重力加速度g取9.8m/s2,小球质量m=时刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5=m/s。(2)从t2到t5时间内,重力势能增量ΔEp=J,动能削减量ΔEk=J。(3)在误差允许的范围内,若ΔEp与ΔEk近似相等,从而验证了机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp(填“>”“<”或“=”)ΔEk,造成这种结