《步步高 學(xué)案導(dǎo)學(xué)設(shè)計】-學(xué)年粵教版物理必修 第四章 第五節(jié) 驗證機(jī)械能守恒定律課時作業(yè)》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《步步高 學(xué)案導(dǎo)學(xué)設(shè)計】-學(xué)年粵教版物理必修 第四章 第五節(jié) 驗證機(jī)械能守恒定律課時作業(yè)(5頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第五節(jié) 驗證機(jī)械能守恒定律
1.實驗?zāi)康模貉芯课矬w在運(yùn)動過程中若只有重力和彈力做功,________和________相互
轉(zhuǎn)化,物體的________________.
2.實驗方案:
方案一:利用鐵架臺、重錘、打點計時器等器材,研究重錘的自由落體運(yùn)動.
方案二:利用氣墊導(dǎo)軌、光電門、鉤碼、滑塊等器材,研究滑塊的運(yùn)動.
3.實驗原理及數(shù)據(jù)處理
以方案一為例:
(1)實驗原理
在只有________做功的自由落體運(yùn)動中,物體的________和________互相轉(zhuǎn)化,但總的
機(jī)械能守恒.即動能的________等于重力勢能的__________.
①若以重物下落時的起點
2、為基準(zhǔn),物體下落高度h時的速度為v,在誤差允許的范圍內(nèi),
如計算出mv2=mgh,機(jī)械能守恒定律即被驗證.
②若以重物下落過程中的某一點A為基準(zhǔn),設(shè)重物的質(zhì)量為m,測出物體對應(yīng)于A點的
速度vA,再測出物體由A點下落Δh后經(jīng)過B點的速度vB,則在誤差允許范圍內(nèi),由計
算得出mv-mv=mgΔh,機(jī)械能守恒定律即被驗證.
③測定第n點的瞬時速度的方法是:測出第n點前后兩段相鄰相等時間間隔T內(nèi)下落的
距離sn、sn+1,由公式vn=求出.
(2)數(shù)據(jù)處理
①利用公式vn=,計算出點1、點2、點3、…的瞬時速度v1、v2、v3、….
②要驗證的是mv2=________或mv-mv
3、=________,只需驗證v2=gh或v-v=
gΔh,因此__________測量重物的質(zhì)量m.
驗證:通過計算,看在誤差允許的范圍之內(nèi)v與ghn是否相等或v-v與ghmn是否相
等.
【概念規(guī)律練】
知識點 實驗器材的選擇和實驗的操作(以方案一為例)
1.(雙選)用自由落體法驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中,下列物理量中需要測量的有( )
A.重物的質(zhì)量
B.重力的加速度
C.重物下落的高度
D.與重物下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度
2.在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中:
(1)從下列器材中選出實驗所必需的,其編號為______.
A.打點計時器(包括紙帶) B.重
4、物
C.天平 D.毫米刻度尺
E.秒表 F.運(yùn)動小車
(2)打點計時器的安裝放置要求為__________;開始打點計時的時候,應(yīng)先________,然
后再________________________________.
(3)選擇下列正確的實驗步驟,并按次序排列為________.
A.用天平測出重錘的質(zhì)量
B.把打點計時器豎直地夾穩(wěn)在鐵架臺上
C.接通電源,松開紙帶
D.松開紙帶,接通電源
E.用停表記下重錘下落的時間
F.取下紙帶,重復(fù)上述實驗3次
G.將紙帶固定在重錘上,讓紙帶穿過打點計時器并用手提住,使重錘靠近打點計時器
H.選取理想紙帶,對
5、幾個方便的點測量并計算,看mgh和mv2是否相等
【方法技巧練】
一、實驗數(shù)據(jù)的處理方法
3.在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中,根據(jù)紙帶算出各點的速度v,量出下落距離h,
則以v2為縱軸,以h為橫軸,畫出的圖線應(yīng)是下圖中的( )
4.在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中,已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz,查
得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.80 m/s2,某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶,用刻度尺測量時各計
數(shù)點對應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖1所示,圖中O點是打點計時器打出的第一個點,A、B、
C、D分別是每兩個點取出的計數(shù)點.根據(jù)以上數(shù)據(jù),可知重物由O點運(yùn)動到B點時.
圖1
(1)重力
6、勢能的減少量為多少?
(2)動能的增加量是多少?
(3)根據(jù)計算的數(shù)據(jù)可得出什么結(jié)論?產(chǎn)生誤差的主要原因是什么?
二、其他的方案設(shè)計
5.某實驗小組利用如圖2所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.
圖2
(1)實驗前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平,利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平?
(2)如圖3所示(經(jīng)放大后的),游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d=______cm;實驗時將滑塊
從圖示位置由靜止釋放,由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt=1.2×10-2s,
則滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為________m/s.在本次實驗中還需要測量的物理量有:
鉤碼的質(zhì)量m
7、、__________和________(文字說明并用相應(yīng)的字母表示).
圖3
(3)本實驗通過比較________和________在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等(用測量的物
理量符號表示),從而驗證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒.
1.(雙選)在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中,要驗證的是重物重力勢能的減少量等于
其動能的增加量,以下步驟僅是實驗中的一部分,在這些步驟中多余或錯誤的有( )
A.用天平稱出重物的質(zhì)量
B.把打點計時器固定到鐵架臺上,并用導(dǎo)線把它和低壓交流電源連接起來
C.把紙帶的一端固定到重物上,另一端穿過打點計時器的限位孔,把重物提升到一定
高度
D.接通電源,釋放
8、紙帶
E.用停表測出重物下落的時間
2.下列關(guān)于“驗證機(jī)械能守恒定律”實驗的實驗誤差的說法,正確的是( )
A.重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會造成較大誤差
B.重物質(zhì)量選用得大些,有利于減小誤差
C.重物質(zhì)量選用得較小些,有利于減小誤差
D.打點計時器選用電磁打點計時器比電火花計時器誤差要小
圖4
3.(雙選)如圖4所示是用自由落體法驗證機(jī)械能守恒定律時得到的一條紙帶,我們選中
N點來驗證機(jī)械能守恒定律.下面舉出一些計算N點速度的方法,其中正確的是( )
A.N點是第n個點,則vn=gnT
B.N點是第n-1個點,則vn=g(n-1)T
C.vn=
D.vn=
4.在“驗
9、證機(jī)械能守恒定律”的實驗中
(1)不需測量或計算的物理量是( )
A.下落高度 B.瞬時速度
C.重物質(zhì)量 D.時間
(2)由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上,使紙帶通過時受到較大阻力,這樣會導(dǎo)
致實驗結(jié)果mgh____mv2(選填“>”或“<”).
5.
圖5
圖5為驗證機(jī)械能守恒定律的實驗裝置示意圖.現(xiàn)有的器材為:帶鐵夾的鐵架臺、電磁
打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘.回答下列問題:
(1)為完成此實驗,除了所給的器材,還需要的器材有________.(填入正確選項前的字母)
A.刻度尺
B.秒表
C.0~12 V的直流電源
D.0~12 V的交流電源
10、
(2)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有_____________________________________
________________________________________________________________________.
(寫出兩個原因)
6.
圖6
用如圖6所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律,在下面所列舉的該實驗的幾個操作步驟
中,你認(rèn)為沒有必要進(jìn)行的或者錯誤的步驟是________(填字母代號)
A.按照圖示的裝置安裝器件
B.將打點計時器接到學(xué)生電源的直流輸出端上
C.用天平測量出重物的質(zhì)量
D.先放手讓紙帶和重物下落,再接通電源開關(guān)
11、E.在打出的紙帶上,依據(jù)打點的先后順序選取A、B、C、D四個合適的相鄰點,通過
測量計算得出B、C兩點的速度為vB、vC,并測出B、C兩點的距離為h
F.在誤差允許范圍內(nèi),看減少的重力勢能mghBC是否等于增加的動能mv-mv,從
而驗證機(jī)械能守恒定律
7.光電計時器是物理實驗中經(jīng)常用到的一種精密計時儀器,它由光電門和計時器兩部分
組成,光電門的一臂的內(nèi)側(cè)附有發(fā)光裝置(發(fā)射激光的裝置是激光二極管,發(fā)出的光束很
細(xì)),如圖7中的A和A′,另一臂的內(nèi)側(cè)附有接收激光的裝置,如圖中的B和B′,
當(dāng)物體在它們之間通過時,二極管發(fā)出的激光被物體擋住,接收裝置不能接收到激光信
號,同時計時器
12、就開始計時,直到擋光結(jié)束光電計時器停止計時,故此裝置能精確地記
錄物體通過光電門所用的時間.現(xiàn)有一小球從兩光電門的正上方開始自由下落,如圖所
示.
圖7
(1)若要用這套裝置來驗證機(jī)械能守恒定律,則要測量的物理量有______________(每個物
理量均用文字和字母表示,如高度H)
(2)驗證機(jī)械能守恒定律的關(guān)系式為______________________________.
第五節(jié) 驗證機(jī)械能守恒定律
課前預(yù)習(xí)練
1.動能 勢能 機(jī)械能守恒
3.(1)重力 動能 勢能 增加量 減少量 (2)②mgh mgΔh 不需要
課堂探究練
1.CD
2.(1)A、B、D
13、
(2)底板要豎直 給打點計時器通電 釋放重物
(3)B、G、C、F、H
解析 (1)選出的器材有:打點計時器(包括紙帶),重物,毫米刻度尺,編號分別為:A、B、D.注意因mgh=mv2,故m可約去,不需要用天平.
(2)打點計時器安裝時,底板要豎直,這樣才能使重物在自由落下時,受到的阻力較小,開始記錄時,應(yīng)先給打點計時器通電,然后再釋放重物,讓它帶著紙帶一同落下.
(3)正確的實驗步驟應(yīng)該為B、G、C、F、H.
3.C [根據(jù)機(jī)械能守恒定律有:mgh=mv2,v2=2gh,所以v2與h成正比例關(guān)系,函數(shù)圖象是一條過原點的直線,C正確.]
點評 圖象法的應(yīng)用必須與函數(shù)關(guān)系式相結(jié)合
14、使用,才能充分明確圖象與函數(shù)之間的關(guān)系及圖象的形狀.
4.(1)1.911m (2)1.89m (3)見解析
解析 (1)重力勢能的減少量為
ΔEp減=mghOB=m×9.8×0.195=1.911m
(2)重物下落到B點時的速度
vB==m/s≈1.944 m/s
所以重物從O點下落到B點動能的增加量為
ΔEk增=mv=m×1.9442≈1.889m
(3)從(1)、(2)中計算的數(shù)據(jù)可得出在實驗誤差允許的范圍內(nèi)重物減少的重力勢能等于其增加的動能,機(jī)械能守恒.產(chǎn)生誤差的主要原因:重物在下落時要受到阻力作用(打點計時器對紙帶的摩擦力、空氣阻力),克服阻力做功.
5.(1)接
15、通氣源,將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上,若滑塊基本保持靜止,則說明導(dǎo)軌是水平的(或取下鉤碼,輕推滑塊,滑塊基本能做勻速直線運(yùn)動).
(2)0.52 0.43 滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s 滑塊的質(zhì)量M
(3)mgs (m+M)()2
解析 本題以創(chuàng)新的物理情景來考查驗證機(jī)械能守恒定律的實驗,同時考查游標(biāo)卡尺的讀數(shù).游標(biāo)尺的讀數(shù)為d=5 mm+0.1 mm×2=5.2 mm=0.52 cm;滑塊通過光電門時的瞬時速度為v==m/s=0.43 m/s;系統(tǒng)重力勢能的減少量為mgs,系統(tǒng)動能的增加量為(m+M)v2=(m+M)()2.
課后鞏固練
1.AE [在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實
16、驗中,需驗證重力勢能減少量mgh和動能增加量mv2之間的大小關(guān)系.若機(jī)械能守恒,則有mgh=mv2,兩邊都有質(zhì)量,可約去,即驗證gh=v2成立即可,無需用停表測量時間,因此E選項也多余,其余選項都需要,故應(yīng)選A、E.]
2.B[為減小實驗誤差,重物應(yīng)選質(zhì)量大些的,且重物質(zhì)量不需稱量,A、C錯,B正確;電磁打點計時器的振針與紙帶間有摩擦,電火花計時器對紙帶的阻力較小,故選用電磁打點計時器誤差大些,D錯誤.]
3.CD
4.(1)C (2)>
解析 (1)本實驗需要驗證mgh與mv2的關(guān)系,所以不需要測量重物質(zhì)量m,C正確.
(2)重物在下落過程中克服阻力做功,使減小的重力勢能不能完全轉(zhuǎn)
17、化為動能,所以mgh>mv2.
5.(1)AD (2)見解析
解析 (1)需要米尺來測量兩點之間的距離,電磁打點計時器需用交流電源,故選A、D.
(2)①紙帶與電磁打點計時器之間存在摩擦阻力;②測量兩點之間距離時的讀數(shù)有誤差;③計算勢能變化時,選取的兩點距離過近;④交變電流頻率不穩(wěn)定.(選取兩個原因即可)
6.BCD[步驟B錯,應(yīng)該接到電源的交流輸出端;步驟C不必要,因為根據(jù)測量原理,重物的動能和勢能表達(dá)式中都包含了質(zhì)量m,可以約去,所以不必測量重物的質(zhì)量;步驟D錯,應(yīng)先接通電源,待打點計時器工作穩(wěn)定后再釋放紙帶.]
7.(1)小球直徑D、兩光電門間的豎直高度H、小球通過上下兩光電門的時間Δt1、Δt2
(2)-=2gH