2019-2020年高中物理 7.8 實驗 驗證機(jī)械能守恒定律同步檢測 新人教版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 7.8 實驗 驗證機(jī)械能守恒定律同步檢測 新人教版必修2 【課前預(yù)習(xí)】 （一）實驗原理 在只有重力做功的自由落體運(yùn)動中，物體的重力勢能和動能可以相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能守恒。設(shè)某時刻物體的瞬時速度為v，下落高度為h，則有： ＝ 。故可利用打點(diǎn)計時器測出重物下落時某時刻的瞬時速度及下落的高度，即可驗證機(jī)械能是否守恒。 （二）實驗器材 除紙帶、復(fù)寫紙片、刻度尺、帶有鐵夾的鐵架臺、導(dǎo)線外，實驗中還需要： 、 、 。 （三）實驗步驟 1、如圖所示，將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過打點(diǎn)計時器； 2、用手握著紙帶，讓重物靜止地靠近打點(diǎn)計時器，然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由落下，紙帶上打下一系列小點(diǎn)。 3、更換紙帶，用同樣的方法再打幾條以備選用. 4、從幾條打下點(diǎn)的紙帶中挑選第一、二點(diǎn)間距離接近 mm且點(diǎn)跡清楚的紙帶進(jìn)行測量，測出一系列各計數(shù)點(diǎn)到第一個點(diǎn)的距離d1、d2，據(jù)公式，計算物體在打下點(diǎn)1、2……時的即時速度v1、v2……，計算相應(yīng)的動能的增加值。 5、用刻度尺測量紙帶從點(diǎn)O到點(diǎn)1、2……之間的距離h1、h2……，計算出相應(yīng)減少的重力勢能。 6、計算各點(diǎn)對應(yīng)的勢能減少量mgh，以及增加的動能mv2/2，并進(jìn)行比較。 四、注意事項 1、打點(diǎn)計時器的兩限位孔必須在同一豎直線上，以減少摩檫阻力。 2、實驗時必須先接通電源，然后松開紙帶讓重錘下落。 3、測量下落高度時，必須從起始點(diǎn)算起。選取的各計數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些，紙帶不宜過長，約40cm即可。 4、實驗中因不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值，故不需測物體的質(zhì)量m。 5、實際上重物和紙帶下落過中要克服阻力做功，所以動能的增加量要小于勢能的減少量。 【典型例題】 [例1]在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量m=1kg的重錘自由下落，在紙帶上打出了一系列的點(diǎn)，如下圖所示，相鄰記數(shù)點(diǎn)時間間隔為0.02s，長度單位是cm，g取9.8m/s2。求： (1)打點(diǎn)計時器打下記數(shù)點(diǎn)B時，物體的速度vB= (保留兩位有效數(shù)字)； 物理量 數(shù)據(jù) 次數(shù) (2)從點(diǎn)O到打下記數(shù)點(diǎn)B的過程中，物體重力勢能的減小量ΔEP= ，動能的增加量ΔEK= （保留兩位有效數(shù)字）； (3)即使在實驗操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測量及數(shù)據(jù)處理很準(zhǔn)確的前提下，該實驗求得的ΔEP也一定略大于ΔEK，這是實驗存在系統(tǒng)誤差的必然結(jié)果，試分析該系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的主要原因。 圖a [變式訓(xùn)練1]如圖a所示，將包有白紙的圓柱棒替代紙帶和重物，蘸有顏料的毛筆固定在馬達(dá)（即電動機(jī)）上并隨之轉(zhuǎn)動，使之替代打點(diǎn)計時器．當(dāng)燒斷懸掛圓柱棒的線后，圓柱棒豎直自由落下，毛筆就在圓柱棒面上的紙上畫出記號，如圖b所示．測得記號之間的距離依次為26 mm、42mm、58mm、74mm、90mm、106mm．已知馬達(dá)銘牌上標(biāo)有“1440 r／min”的字樣，由此驗證機(jī)械能守恒定律．根據(jù)以上內(nèi)容回答下列問題： (1)毛筆畫的相鄰記號間的時間間隔T=________s，圖b中的圓柱棒的______端是懸掛端．(填“左”或“右”) 圖b (2)根據(jù)圖中所給的數(shù)據(jù)，可知毛筆畫下記號C時，圓柱棒下落的速度vC=_________，畫下記號D時，圓柱棒下落的速度vD=_________，動能的變化量為__________，在這段這位移上，圓柱棒重力勢能的變化量為_____________（設(shè)棒的質(zhì)量為m， g取9.8m/s2）。 [例2]某同學(xué)利用如圖所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律．弧形軌道末端水平，離地面的高度為H。將鋼球從軌道的不同高度h處靜止釋放，鋼球的落點(diǎn)距軌道末端的水平距離為s． （1）若軌道完全光滑，s2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足s2＝　　　　　?。ㄓ肏、h表示）． （2）該同學(xué)經(jīng)實驗測量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示： 請在坐標(biāo)紙上作出s2--h關(guān)系圖． （3）對比實驗結(jié)果與理論計算得到的s2--h關(guān)系圖線（圖中已畫出），自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速度　　　　?。ㄌ睢靶∮凇被颉按笥凇保├碚撝担?）從s2--h關(guān)系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率差十分顯著，你認(rèn)為造成上述偏差的可能原因是　　　　　?。? 變式訓(xùn)練2．A O B C 如圖所示，不可伸長的細(xì)線一端拴一小球，另一端懸于O點(diǎn).現(xiàn)將細(xì)線張緊，使細(xì)線處于水平狀態(tài)，將小球從A處由靜止釋放，到O點(diǎn)正下方B處時，細(xì)線恰好被C處的刀片切斷。若僅有刻度尺，為驗證小球從A點(diǎn)下擺到B點(diǎn)過程中的機(jī)械能守恒，需測定的物理量及相應(yīng)符號是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；用這些量表示的小球下擺過程中機(jī)械能守恒的關(guān)系式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 【鞏固練習(xí)】 1．某位同學(xué)做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗，下列操作步驟中錯誤的是( ) A．把打點(diǎn)計時器固定在鐵架臺上，用導(dǎo)線連接到低壓交流電源 B．將連有重錘的紙帶過限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度 C．先釋放紙帶，再接通電源 D．更換紙帶，重復(fù)實驗，根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù) 2． 在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，下面敘述正確的是( ) A．應(yīng)用天平稱出物體的質(zhì)量 B．應(yīng)當(dāng)選用點(diǎn)跡清晰，且第一、二個點(diǎn)間距接近2mm的紙帶 C．操作時應(yīng)先放紙帶后接電源 D．打點(diǎn)計時器要接在電壓為4～6V的電源上 3． 在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，下列選擇可取的是( ) A．選用重物時，重的比輕的好 B．選用重物時，體積小的比大的好 C．選用重物后，要稱出它的質(zhì)量 D．重物所受的重力，應(yīng)遠(yuǎn)大于它所受的空氣阻力和紙帶受到的打點(diǎn)計時器的阻力 4． 在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，下面列出了一些實驗步驟： A． 用天平稱出物體及夾子的質(zhì)量。 B． 將重物系在夾子上。 C．將紙帶穿過計時器，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，再把紙帶向上拉，讓夾子靜止靠近打點(diǎn)計時器處。 D．把電磁打點(diǎn)計時器接在學(xué)生電源的交流輸出端，輸出電壓調(diào)至6V（不接通）（火花打點(diǎn)計時器用220V交流電壓）。 E．把打點(diǎn)計時器用鐵架固定到放在桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直線上。 F．在紙帶上選取幾個點(diǎn)，進(jìn)行測量和記錄數(shù)據(jù)。 G．用秒表測出重物下落的時間。 H．接通電源，待計時器工作穩(wěn)定后釋放紙帶。 I．?dāng)嚅_電源。 J．更換紙帶，重新進(jìn)行實驗兩次。 K．在三條紙帶中選取較好的一條。 L．進(jìn)行計算，得出結(jié)論。 M．拆下導(dǎo)線，整理器材。 以上步驟中，不必要的有__________，正確的步驟按順序排列應(yīng)是____________(填寫字母代號)。 5．驗證機(jī)械能守恒定律的實驗采用重物自由下落的方法： （1）用公式驗證機(jī)械能守恒定律，必須所選的紙帶第1、2兩點(diǎn)間距應(yīng)接近 . （2）設(shè)各點(diǎn)的速度v，各點(diǎn)到起始點(diǎn)的距離h，則以v2/2為縱軸，以h為橫軸畫出v2/2—h圖線。 6．用如圖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)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是(填字母代號)( )。 A．按照圖示的裝置安裝器件 B．將電火花計時器接到學(xué)生電源的直流輸出端上 C．用天平測量出重錘的質(zhì)量 D．先放手讓紙帶和重物下落，再接通電源開關(guān) E．在打出的紙帶上，依據(jù)打點(diǎn)的先后順序選取連續(xù)的A、B、C、D四個合適的點(diǎn)，通過測量計算得出B、C兩點(diǎn)的速度為vB、vC，并測出B、C兩點(diǎn)的距離為h F．在誤差允許范圍內(nèi)，看減少的重力勢能mgh是否等于增加的動能從而驗證機(jī)械能守恒定律 7．在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，若以 為縱軸，h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出的圖線應(yīng)是_____________，圖線的斜率等于__________的數(shù)值。 8．在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，某同學(xué)測得v=2.36m/s，h=28.76cm據(jù)此可得：在誤差范圍內(nèi)兩者相等，老師批閱：“此數(shù)據(jù)非實驗所得!”其理由是 。 9．在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量為m＝1.00kg的重錘拖著紙帶下落，在此過程中，打點(diǎn)計時器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)．在紙帶上選取五個連續(xù)的點(diǎn)A、B、C、D和E，如圖所示．其中O為重錘開始下落時記錄的點(diǎn)，各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別是31.4mm、49.0mm、70.5mm、95.9mm、124.8mm.當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2. 本實驗所用電源的頻率f＝50Hz.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (1)打點(diǎn)計時器打下點(diǎn)B時，重錘下落的速度vB＝________m/s，打點(diǎn)計時器打下點(diǎn)D時，重錘下落的速度vD＝________m/s. (2)從打下點(diǎn)B到打下點(diǎn)D的過程中，重錘重力勢能減小量ΔEp＝________J，重錘動能增加量ΔEk＝________J. (3)在誤差允許范圍內(nèi)，通過比較________就可以驗證重錘下落過程中機(jī)械能守恒了． (4)設(shè)重錘在下落過程中受到恒定不變的阻力F，則可根據(jù)本實驗數(shù)據(jù)求得阻力F的表達(dá)式為________(用題中所給字母m，g，s1，s2，f表示)． 10．某次“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，打點(diǎn)計時器用6V、50Hz的交流電源，打出的一條無漏點(diǎn)的紙帶，如圖所示，O點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計數(shù)點(diǎn)為A、B、C、D，各計數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的長度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1kg。 ①打點(diǎn)計時器打出B點(diǎn)時，重錘下落的速度vB= m/s，重錘的動能EkB= J。 ②從開始下落算起，打點(diǎn)計時器打B點(diǎn)時，重錘的重力勢能減小量為 J。 ③根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論是 。 八、實驗：驗證機(jī)械能守恒定律 【典型例題】 [例1]0.97m/s 0.48J 0.47J 重錘下落時受到空氣阻力以及紙帶受到打點(diǎn)計時器的阻力，重錘的機(jī)械能減小 [變式訓(xùn)練1]（1）0.042；左（2）1.190；1.571；0.526m；0.568m [例2]（1），（2）如圖 （3）小于 （4）一部分重力勢能轉(zhuǎn)變成鋼球的轉(zhuǎn)動動能，或者是弧形軌道的磨擦力太大。 變式訓(xùn)練2．細(xì)線長度L，小球做平拋運(yùn)動的水平位移x及平拋運(yùn)動中下落高度H（3分）. 4HL=x2（3分）?；蛘叽穑篛點(diǎn)到地面的豎直高度H，小球做平拋運(yùn)動的水平位移x，細(xì)線長度L，4（H－L）L=x2 【鞏固練習(xí)】 1．C 2．B 3．ABD 4．AG，EDBCHIJKFLM 5．（1）2mm（2）圖略 6．BCD 7．過原點(diǎn)的直線，重力加速度g. 8．，從數(shù)據(jù)上可知v2/2>gh，這說明動能的增量大于重力勢能的減少量的，這是在實驗中不可能發(fā)生的. 9．(1)0.975，1.36，(2)0.459，0.447，(3)重力勢能的減小量和動能的增加量相等，(4)mg－m(s2－s1)f2 10．①1.175，0.690②0.691，②機(jī)械能守恒。