2017_2018學(xué)年高中物理第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展教學(xué)案（打包6套）滬科版.zip

2017_2018學(xué)年高中物理第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展教學(xué)案（打包6套）滬科版.zip,2017,_2018,學(xué)年,高中物理,能量,守恒,可持續(xù)發(fā)展,教學(xué),打包,滬科版 4.2.2　研究機(jī)械能守恒定律(二) ——實(shí)驗(yàn)探究：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，明確實(shí)驗(yàn)中需要直接測(cè)量的物理量.2.知道實(shí)驗(yàn)中選取測(cè)量點(diǎn)的有關(guān)要求，會(huì)根據(jù)紙帶測(cè)定物體下落的高度，掌握測(cè)量瞬時(shí)速度的方法.3.能正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因. 一、實(shí)驗(yàn)原理 只有重力對(duì)物體做功的過(guò)程，比較物體重力勢(shì)能的變化量與動(dòng)能變化量，若滿(mǎn)足ΔEp＝－ΔEk，則說(shuō)明機(jī)械能守恒. 二、兩種驗(yàn)證方案 方案一　用單擺和DIS裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒 1.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)如圖1，在鐵架臺(tái)上端用鐵架懸掛一個(gè)擺球. (2)在方格紙上確定4至5個(gè)點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn). (3)安裝光電傳感器，并使之與數(shù)據(jù)采集器相連接. 圖1 (4)讓擺球從某一高度向下擺動(dòng).分別測(cè)定擺球在擺動(dòng)過(guò)程中任意時(shí)刻的動(dòng)能和重力勢(shì)能. (5)研究每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上機(jī)械能的總量有什么特點(diǎn). 2.注意事項(xiàng) (1)小球運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)使其軌跡在一豎直面內(nèi)，避免做圓錐擺運(yùn)動(dòng). (2)調(diào)整帶方格紙的木板，應(yīng)使其豎線(xiàn)在豎直方向上. (3)為準(zhǔn)確測(cè)定小球在各位置的瞬時(shí)速度，可在小球下部安置一塊擋光片，并確保擋光片在豎直面內(nèi). 方案二　用自由落下的重物和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒 1.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)安裝置：按圖2甲把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線(xiàn)把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源連接好. 圖2 (2)打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近.先接通電源后放手，讓重物拉著紙帶自由下落.重復(fù)幾次，得到3～5條打好點(diǎn)的紙帶. (3)選紙帶：從打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰且開(kāi)始的兩點(diǎn)間距接近2 mm的一條紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0，以后任取間隔相同時(shí)間的點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3……. (4)測(cè)距離：用刻度尺測(cè)出0到1、2、3……的距離，即為對(duì)應(yīng)下落的高度h1、h2、h3……. 2.數(shù)據(jù)處理 (1)計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度：根據(jù)公式vn＝，計(jì)算出1、2、3…n點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3…vn. (2)機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證 方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn). 如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)ghn＝v，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證. 方法二：任取兩點(diǎn)A、B. 如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)ghAB＝v－v，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證. 方法三：圖像法(如圖3所示). 圖3 若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)圖線(xiàn)是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線(xiàn)，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律. 3.誤差分析 本實(shí)驗(yàn)的誤差主要是由紙帶測(cè)量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運(yùn)動(dòng)中的空氣阻力及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差. 4.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝要穩(wěn)固，并使兩限位孔的中線(xiàn)在同一豎直線(xiàn)上，以減小摩擦阻力. (2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力相對(duì)減小. (3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再松開(kāi)紙帶讓重物下落. (4)本實(shí)驗(yàn)中的兩種驗(yàn)證方法均不需要測(cè)重物的質(zhì)量m. (5)速度不能用v＝gt或v＝計(jì)算，應(yīng)根據(jù)紙帶上測(cè)得的數(shù)據(jù)，利用vn＝計(jì)算瞬時(shí)速度. 一、實(shí)驗(yàn)原理及基本操作 例1　在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，電源的頻率為50 Hz，依次打出的點(diǎn)為0、1、2、3、4、…、n，則： (1)如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來(lái)驗(yàn)證，必須直接測(cè)量的物理量為_(kāi)_______、________、________，必須計(jì)算出的物理量為_(kāi)_______、________，驗(yàn)證的表達(dá)式為_(kāi)__________. (2)下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是________(填寫(xiě)步驟前面的字母). A.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上. B.先接通電源，再松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落. C.取下紙帶，更換新紙帶(或?qū)⒓垘Х瓊€(gè)面)重新做實(shí)驗(yàn). D.將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手提著紙帶. E.選擇一條紙帶，用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h1、h2、h3、…、hn，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、…、vn. F.分別算出mv和mghn，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)看是否相等. 答案　(1)第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的距離h26　第1點(diǎn)到第3點(diǎn)之間的距離h13　第5點(diǎn)到第7點(diǎn)之間的距離h57　第2點(diǎn)的瞬時(shí)速度v2　第6點(diǎn)的瞬時(shí)速度v6　mgh26＝mv－mv　(2)ADBCEF 解析　(1)要驗(yàn)證從第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶對(duì)應(yīng)重物的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒，應(yīng)測(cè)出第2點(diǎn)到第6點(diǎn)的距離h26，要計(jì)算第2點(diǎn)和第6點(diǎn)的速度v2和v6，必須測(cè)出第1點(diǎn)到第3點(diǎn)之間的距離h13和第5點(diǎn)到第7點(diǎn)之間的距離h57，機(jī)械能守恒的表達(dá)式為mgh26＝mv－mv. 處理實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，要明確實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，有針對(duì)性的分析問(wèn)題. 針對(duì)訓(xùn)練　(多選)用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，就是看mv是否等于mghn(n為計(jì)數(shù)點(diǎn)的編號(hào)).下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打第一個(gè)點(diǎn)0時(shí)，重物的速度為零 B.hn是計(jì)數(shù)點(diǎn)n到起始點(diǎn)0的距離 C.必須測(cè)量重物的質(zhì)量 D.用vn＝gtn計(jì)算vn時(shí)，tn＝(n－1)T(T為打點(diǎn)周期) 答案　AB 解析　本實(shí)驗(yàn)的原理是利用重物的自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.因此打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)，重物運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)為零，A正確；hn與vn分別表示打第n個(gè)點(diǎn)時(shí)重物下落的高度和對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度，B正確；本實(shí)驗(yàn)中，不需要測(cè)量重物的質(zhì)量，因?yàn)楣絤gh＝mv2的兩邊都有m，故只要gh＝v2成立，mgh＝mv2就成立，機(jī)械能守恒定律也就被驗(yàn)證了，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用公式vn＝來(lái)計(jì)算vn，D錯(cuò)誤. 二、數(shù)據(jù)處理及誤差分析 例2　某實(shí)驗(yàn)小組“用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4甲所示.實(shí)驗(yàn)中測(cè)出重物自由下落的高度h及對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v，計(jì)算出重物減少的重力勢(shì)能mgh和增加的動(dòng)能mv2，然后進(jìn)行比較，如果兩者相等或近似相等，即可驗(yàn)證重物自由下落過(guò)程中機(jī)械能守恒.請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和步驟完成下列問(wèn)題： 圖4 (1)關(guān)于上述實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是________. A.重物最好選擇密度較小的木塊 B.重物的質(zhì)量可以不測(cè)量 C.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶 D.可以利用公式v＝來(lái)求解瞬時(shí)速度 (2)如圖乙是該實(shí)驗(yàn)小組打出的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，紙帶上的O點(diǎn)是起始點(diǎn)，選取紙帶上連續(xù)的點(diǎn)A、B、C、D、E、F作為計(jì)數(shù)點(diǎn)，并測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離依次為27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66 cm、56.07 cm.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源是50 Hz的交流電，重物的質(zhì)量為0.5 kg，則從計(jì)時(shí)器打下點(diǎn)O到打下點(diǎn)D的過(guò)程中，重物減小的重力勢(shì)能ΔEp＝________ J；重物增加的動(dòng)能ΔEk＝________ J，兩者不完全相等的原因可能是__________________.(重力加速度g取9.8 m/s2，計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (3)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)又正確計(jì)算出圖乙中打下計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F各點(diǎn)的瞬時(shí)速度v，以各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)的距離h′為橫軸，v2為縱軸作出圖像，如圖丙所示，根據(jù)作出的圖線(xiàn)，能粗略驗(yàn)證自由下落的物體機(jī)械能守恒的依據(jù)是__________________. 答案　(1)BC　(2)2.14　2.12　重物下落過(guò)程中受到阻力作用 (3)圖像的斜率等于19.52 m/s2，約為重力加速度g的兩倍，故能驗(yàn)證 解析　(1)重物最好選擇密度較大的鐵塊，受到的阻力較小，故A錯(cuò)誤.本題是以自由落體運(yùn)動(dòng)為例來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，需要驗(yàn)證的方程是mgh＝mv2，因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、mv2的大小關(guān)系，故m可約去，不需要用天平測(cè)量重物的質(zhì)量，操作時(shí)應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶，故B、C正確.不能利用公式v＝來(lái)求解瞬時(shí)速度，否則體現(xiàn)不了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，卻變成了理論推導(dǎo)，故D錯(cuò)誤. (2)重力勢(shì)能減小量ΔEp＝mgh＝0.5×9.8×0.436 5 J≈2.14 J.利用勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的推論： vD＝＝ m/s＝2.91 m/s， EkD＝mv＝×0.5×2.912 J≈2.12 J，動(dòng)能增加量ΔEk＝EkD－0＝2.12 J.由于存在阻力作用，所以減小的重力勢(shì)能大于動(dòng)能的增加. (3)根據(jù)表達(dá)式mgh＝mv2，則有v2＝2gh； 當(dāng)圖像的斜率為重力加速度的2倍時(shí)，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒，而圖像的斜率k＝ m/s2＝19.52m/s2，因此能粗略驗(yàn)證自由下落的物體機(jī)械能守恒. 1.(實(shí)驗(yàn)器材及誤差分析)如圖5為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘.回答下列問(wèn)題： 圖5 (1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有_______.(填入正確選項(xiàng)前的字母) A.米尺 B.秒表 C.低壓直流電源 D.低壓交流電源 (2)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因有：______________________________(寫(xiě)出兩個(gè)原因即可). (3)實(shí)驗(yàn)中由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線(xiàn)上，使紙帶通過(guò)時(shí)受到較大阻力，這樣將造成________. A.不清楚 B.mgh>mv2 C.mghmv2，選項(xiàng)B正確. 2.(實(shí)驗(yàn)原理及誤差分析)如圖6所示，兩個(gè)質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過(guò)定滑輪的軟繩兩端，已知m1＞m2.現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. 圖6 (1)若選定物塊A從靜止開(kāi)始下落的過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量，則需要測(cè)量的物理量有___(填序E號(hào)). ①物塊的質(zhì)量m1、m2； ②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間； ③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間； ④繩子的長(zhǎng)度. (2)為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對(duì)此實(shí)驗(yàn)提出以下建議： ①軟繩的質(zhì)量要輕； ②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長(zhǎng)越好； ③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，不要搖晃； ④兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小. 以上建議中確實(shí)對(duì)提高準(zhǔn)確度有作用的是__________.(填序號(hào)) (3)寫(xiě)出一條上面沒(méi)有提到的對(duì)提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度有益的建議：___________________. 答案　(1)①②或①③　(2)①③　(3)例如：“對(duì)同一高度進(jìn)行多次測(cè)量取平均值”“選取受力后相對(duì)伸長(zhǎng)量盡量小的繩”“盡量減小滑輪的質(zhì)量”“對(duì)滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行潤(rùn)滑”等等.(任選一個(gè)即可) 課時(shí)作業(yè) 1.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，有位同學(xué)按以下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作： A.用天平稱(chēng)出重錘和夾子的質(zhì)量 B.固定好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，將連著重錘的紙帶穿過(guò)限位孔，用手提住，且讓手盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 C.松開(kāi)紙帶，接通電源，開(kāi)始打點(diǎn)，并如此重復(fù)多次，以得到幾條打點(diǎn)的紙帶 D.取下紙帶，挑選點(diǎn)跡清晰的紙帶，記下起始點(diǎn)O，在距離O點(diǎn)較近處選擇幾個(gè)連續(xù)計(jì)數(shù)點(diǎn)(或計(jì)時(shí)點(diǎn))，并計(jì)算出各點(diǎn)的速度值 E.測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，即得到重錘下落的高度 F.計(jì)算出mghn和mv，看兩者是否相等 在以上步驟中，不必要的步驟是___________________________________________________.有錯(cuò)誤或不妥的步驟是____________.(填寫(xiě)代表字母) 更正情況： ①____________________________________________； ②____________________________________________； ③____________________________________________； ④____________________________________________. 答案　A　BCDF?、貰中手應(yīng)抓住紙帶末端，讓重錘盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器?、贑中應(yīng)先接通電源，再松開(kāi)紙帶?、跠中應(yīng)選取離O點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)?、蹻中應(yīng)計(jì)算ghn和v 解析　A步驟不必要，不用稱(chēng)量重錘和夾子的質(zhì)量即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；B步驟中應(yīng)讓重錘盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，而不是手靠近；C步驟中應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶；D步驟中應(yīng)選取離O點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)，這樣測(cè)量時(shí)距離較遠(yuǎn)，測(cè)量的相對(duì)誤差較小；F步驟中應(yīng)計(jì)算ghn和v，若m沒(méi)有測(cè)量，則mgh、mv，就不能計(jì)算出具體的值. 2.根據(jù)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)回答下列問(wèn)題： (1)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的敘述中，正確的有(　　) A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝時(shí)要使兩限位孔位于同一豎直線(xiàn)上并安裝穩(wěn)定，以減小紙帶下落過(guò)程中的阻力 B.需用天平測(cè)出重物的質(zhì)量 C.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用四節(jié)干電池串聯(lián)而成的電池組作為電源 D.用手托著重物，先閉合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源開(kāi)關(guān)，然后釋放重物 E.打出的紙帶中，只要點(diǎn)跡清晰，就可以運(yùn)用公式mgΔh＝mv2來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒 F.驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒必須先確定重力勢(shì)能的參考平面 (2)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒時(shí)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中計(jì)算某一點(diǎn)的速度，甲同學(xué)用v＝gt來(lái)計(jì)算，乙同學(xué)用vn＝來(lái)計(jì)算.其中______同學(xué)的計(jì)算方法符合實(shí)驗(yàn)要求.計(jì)算重力勢(shì)能時(shí)，對(duì)于重力加速度g的數(shù)值，甲同學(xué)用9.8 m/s2代入，乙同學(xué)用通過(guò)對(duì)紙帶分析計(jì)算出重物下落的實(shí)際加速度代入，丙同學(xué)用當(dāng)?shù)氐膶?shí)際重力加速度代入，其中______同學(xué)的做法是正確的. 答案　(1)AD　(2)乙　丙 解析　(1)本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證“mgh＝mv2”，其中重物的質(zhì)量可以消去，即不需用天平測(cè)出重物的質(zhì)量，只要驗(yàn)證“gh＝v2”即可，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期取決于交流電源的頻率，或者說(shuō)必須使用交流電，不可用干電池代替，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤.對(duì)于打出的紙帶有兩種處理方法：第一，選取第1、2兩點(diǎn)間的距離接近2 mm且點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量，利用“gh＝v2”來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒；第二，可以選擇紙帶點(diǎn)跡清晰的部分，測(cè)量任意兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離Δh，求出這兩點(diǎn)間的動(dòng)能之差ΔEk，運(yùn)用公式mgΔh＝ΔEk而不是mgΔh＝mv2來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，所以選項(xiàng)E錯(cuò)誤.因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的是重物重力勢(shì)能的改變量等于其動(dòng)能的增加量，而重力勢(shì)能的改變量與重力勢(shì)能的參考平面的位置無(wú)關(guān)，所以本實(shí)驗(yàn)不需要先確定重力勢(shì)能的參考平面，選項(xiàng)F錯(cuò)誤.本題答案為A、D. (2)計(jì)算瞬時(shí)速度須使用公式vn＝，v＝gt是mv2＝mgh的簡(jiǎn)化形式，所以甲同學(xué)的方法不符合實(shí)驗(yàn)要求，乙同學(xué)的計(jì)算方法符合實(shí)驗(yàn)要求；重力加速度g的數(shù)值應(yīng)該取當(dāng)?shù)氐膶?shí)際重力加速度，所以丙同學(xué)的做法是正確的. 3.利用如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.通過(guò)電磁鐵控制的小鐵球從A點(diǎn)自由下落，下落過(guò)程中小鐵球經(jīng)過(guò)光電門(mén)B時(shí)，毫秒計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)出)記錄下小鐵球的擋光時(shí)間t.實(shí)驗(yàn)前調(diào)整光電門(mén)位置，使小鐵球下落過(guò)程中，小鐵球球心垂直細(xì)激光束通過(guò)光電門(mén)，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間. 圖1 (1)為了驗(yàn)證小鐵球下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，還需要測(cè)量的物理量是________. A.A點(diǎn)距地面的高度H B.A、B之間的距離h C.小鐵球從A到B的下落時(shí)間tAB D.小鐵球的直徑d (2)小鐵球通過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度v＝________；要驗(yàn)證小鐵球下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，只需驗(yàn)證等式________是否成立即可(用實(shí)驗(yàn)中測(cè)得物理量的符號(hào)表示). 答案　(1)BD　(2)?。絟(或d2＝2ght2) 解析　(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要測(cè)量的是A點(diǎn)到光電門(mén)B的距離，故A錯(cuò)誤，B正確.利用小鐵球通過(guò)光電門(mén)的平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度，不需要測(cè)量下落時(shí)間，但需要知道擋光物體的尺寸，因此需要測(cè)量小鐵球的直徑，故C錯(cuò)誤，D正確. (2)利用小鐵球通過(guò)光電門(mén)的平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度，故v＝；根據(jù)機(jī)械能守恒的表達(dá)式有mgh＝mv2，可得＝h(或d2＝2ght2)，故只要驗(yàn)證＝h(或d2＝2ght2)即可. 4.現(xiàn)利用如圖2所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30°，1和2是固定在斜面上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門(mén)，與它們連接的光電計(jì)時(shí)器都沒(méi)有畫(huà)出.讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門(mén)1、2各自連接的光電計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為5.00×10－2 s、2.00×10－2 s.已知滑塊質(zhì)量為2.00 kg，滑塊沿斜面方向的長(zhǎng)度為5.00 cm，光電門(mén)1和2之間的距離為0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度為其平均速度. 圖2 (1)滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的速度v1＝______ m/s，通過(guò)光電門(mén)2時(shí)的速度v2＝______ m/s. (2)滑塊通過(guò)光電門(mén)1、2之間的動(dòng)能增加量為_(kāi)_____ J，重力勢(shì)能的減少量為_(kāi)______ J. 答案　(1)1.00　2.50　(2)5.25　5.29 解析　(1)v1＝＝ m/s＝1.00 m/s v2＝＝ m/s＝2.50 m/s (2)動(dòng)能增加量ΔEk＝×2.00×(2.502－1.002) J＝5.25 J. 重力勢(shì)能的減少量：ΔEp＝2.00×9.80×0.54×sin 30° J≈5.29 J. 5.用如圖3所示實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.m2從高處由靜止開(kāi)始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.圖4給出的是實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖4所示.已知m1＝50 g，m2＝150 g，則：(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 圖3 圖4 (1)從紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v＝________ m/s； (2)從打下第“0”點(diǎn)到打下第“5”點(diǎn)的過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk＝__________ J，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp＝________ J；(當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭取10 m/s2) (3)若某同學(xué)作出v2－h(huán)圖像如圖5所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________ m/s2. 圖5 答案　(1)2.4　(2)0.58　0.60　(3)9.7 解析　(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度 v＝ m/s＝2.4 m/s. (2)從打下第“0”點(diǎn)到打下第“5”點(diǎn)的過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk＝(m1＋m2)v2＝×(0.05＋0.15)×2.42 J≈0.58 J，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp＝(m2－m1)gh＝(0.15－0.05)×10×(38.40＋21.60)×10－2 J＝0.60 J. (3)根據(jù)(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh， 可得v2＝h，由圖線(xiàn)可知 ＝＝，則g＝9.7 m/s2. 6.如圖6所示，某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，用毫米刻度尺測(cè)得相鄰兩個(gè)時(shí)刻小球上升的高度分別為h1＝26.3 cm，h2＝23.68 cm，h3＝21.16 cm，h4＝18.66 cm，h5＝16.04 cm，該同學(xué)通過(guò)計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表所示(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80 m/s2，小球質(zhì)量m＝0.10 kg)： 圖6 時(shí)刻 t2 t3 t4 t5 速度(m/s) 4.48 3.98 3.47 (1)上面測(cè)量高度的五個(gè)數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是_____段，應(yīng)記作______cm. (2)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t2時(shí)刻小球的速度v2＝____ m/s.(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (3)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增量ΔEp＝________ J，動(dòng)能減少量ΔEk＝________ J.(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (4)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.由上述計(jì)算所得ΔEp_______ΔEk(選填“>”“<”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要原因是__________. 答案　(1)h1　26.30　(2)5.00　(3)0.622　0.648 (4)<　上升過(guò)程中有空氣阻力做負(fù)功 (或受到空氣阻力) 解析　(1)從題中可得測(cè)量工具是毫米刻度尺，所以h1在有效數(shù)字讀數(shù)要求上有錯(cuò)誤，應(yīng)記作26.30 cm. (2)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程中的平均速度，所以有：v2＝≈5.00 m/s. (3)根據(jù)重力做功和重力勢(shì)能的關(guān)系有：ΔEp＝mg(h2＋h3＋h4)≈0.622 J ΔEk＝mv－mv≈0.648 J. 7.為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖7甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，并提供了如下的實(shí)驗(yàn)器材：A.小車(chē)　B.鉤碼C.一端帶滑輪的木板　D.細(xì)線(xiàn)　E.電火花計(jì)時(shí)器　F.紙帶　G.毫米刻度尺　H.低壓交流電源　I.220 V交流電源 圖7 (1)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)裝置和提供的實(shí)驗(yàn)器材，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中不需要的器材是________(填寫(xiě)器材序號(hào))，還應(yīng)補(bǔ)充的器材是________. (2)實(shí)驗(yàn)中得到了一條紙帶如圖乙所示，選擇點(diǎn)跡清晰且便于測(cè)量的連續(xù)7個(gè)點(diǎn)(標(biāo)號(hào)0～6)，測(cè)出0到1、2、3、4、5、6點(diǎn)的距離分別為d1、d2、d3、d4、d5、d6，打點(diǎn)周期為T(mén).則打點(diǎn)2時(shí)小車(chē)的速度v2＝__________；若測(cè)得小車(chē)質(zhì)量為M、鉤碼質(zhì)量為m，打點(diǎn)1和點(diǎn)5時(shí)小車(chē)的速度分別用v1、v5表示，已知重力加速度為g，則驗(yàn)證點(diǎn)1與點(diǎn)5間系統(tǒng)的機(jī)械能守恒的關(guān)系式可表示為_(kāi)__________________________________________________________. (3)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，如果以為縱軸，以d為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出－d圖像，其圖線(xiàn)的斜率表示的物理量的表達(dá)式為_(kāi)_________. 答案　(1)H　天平　(2)或　mg(d5－d1)＝(M＋m)(v－v)　(3) 解析　(2)打點(diǎn)2時(shí)的速度等于1～3間或0～4間的平均速度，即v2＝或；根據(jù)機(jī)械能守恒，整個(gè)系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能等于整個(gè)系統(tǒng)增加的動(dòng)能，即mg(d5－d1)＝(M＋m)(v－v) ； (3)根據(jù)mgd＝(M＋m)v2得：＝d，所以－d圖線(xiàn)的斜率表示的物理量的表達(dá)式為. 13