2018_2019學(xué)年高中物理第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展學(xué)案(打包6套)滬科版必修2.zip
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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.
圖1
(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.
(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停靠在打點(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.?dāng)?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=vn2,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=vB2-vA2,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)圖線是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線,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.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在同一豎直線上,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?。?
(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.松開紙帶,接通電源,開始打點(diǎn).并如此重復(fù)多次,以得到多條打點(diǎn)紙帶;
D.取下紙帶,挑選點(diǎn)跡清晰且開始的兩點(diǎn)間距接近2 mm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)的計(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,即得到重錘的下落高度;
F.計(jì)算出mghn和mv n2,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________.(填寫代表字母)
更正情況是:
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________;
③________________________________________________________________________;
④________________________________________________________________________.
答案 A BCDF ①B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 ②C中應(yīng)先接通電源,再松開紙帶?、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vn2的值
解析 A步驟不必要,不稱量重錘的質(zhì)量也可驗(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?。籉步驟中應(yīng)計(jì)算ghn和vn2的值,若m沒有測(cè)量,就不能計(jì)算出mghn、mvn2具體的值.
【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)步驟
【題點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)步驟
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mvn2是否等于mghn(n為計(jì)數(shù)點(diǎn)的編號(hào)0、1、2…n).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),重物的速度應(yīng)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.
【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理
【題點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理
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)小組得到的一條點(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,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,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,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.利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論:
vD== m/s=2.91 m/s,
EkD=mvD2=×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)能大于增加的動(dòng)能.
(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==19.52;因此能粗略驗(yàn)證自由下落的物體機(jī)械能守恒.
【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理和誤差分析
【題點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理和誤差分析
三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
例3 利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖5所示.
圖5
(1)實(shí)驗(yàn)步驟:
①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上,桌面高度不低于1 m,將導(dǎo)軌調(diào)至水平.
②用游標(biāo)卡尺測(cè)出擋光條的寬度l=9.30 mm.
③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心間的距離s=________ cm.
④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處,待砝碼靜止時(shí),釋放滑塊,要求砝碼落地前擋光條已通過(guò)光電門2.
⑤從數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過(guò)光電門1和光電門2所用的時(shí)間Δt1和Δt2.
⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M,再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m.
(2)用表示直接測(cè)量量的字母寫出下列物理量的表達(dá)式.
①滑塊通過(guò)光電門1和光電門2時(shí),瞬時(shí)速度分別為v1=________和v2=________.
②當(dāng)滑塊通過(guò)光電門1和光電門2時(shí),系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1=________和Ek2=________.
③在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過(guò)程中,系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp=________(重力加速度為g).
(3)如果ΔEp=________,則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.
答案 (1)③60.00(59.96~60.04) (2)① ?、?M+m)2 (M+m)2 ③mgs (3)Ek2-Ek1
解析 (1)③距離s=80.30 cm-20.30 cm=60.00 cm.
(2)①由于擋光條寬度很小,因此可以將擋光條通過(guò)光電門時(shí)的平均速度當(dāng)成瞬時(shí)速度,擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測(cè)量,擋光時(shí)間Δt可從數(shù)字計(jì)時(shí)器上讀出.因此,滑塊通過(guò)光電門1和光電門2時(shí)的瞬時(shí)速度分別為v1=,v2=.
②當(dāng)滑塊通過(guò)光電門1和光電門2時(shí),系統(tǒng)的總動(dòng)能分別為
Ek1=(M+m)v12=(M+m)2;
Ek2=(M+m)v22=(M+m)2.
③在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過(guò)程中,系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp=mgs.
(3)如果在誤差允許的范圍內(nèi)ΔEp=Ek2-Ek1,則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.
【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
【題點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
1.(實(shí)驗(yàn)器材及誤差分析)如圖6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6
(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.6 V直流電源
D.6 V交流電源
(2)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因有:_____________________________(寫出兩個(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.
【考點(diǎn)】“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”基本原理的綜合考查
【題點(diǎn)】“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”基本原理的綜合考查
2.(數(shù)據(jù)處理)用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中:
(1)運(yùn)用公式=mgh對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求是_______,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s,則所選擇的紙帶第1、2兩點(diǎn)間的距離應(yīng)接近______.
(2)若實(shí)驗(yàn)中所用重物的質(zhì)量m=1 kg,打點(diǎn)紙帶如圖7所示,打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s,則記錄B點(diǎn)時(shí),重物的速度vB=________,重物的動(dòng)能EkB=________,從開始下落起至B點(diǎn)時(shí)重物的重力勢(shì)能減少量是________,由此可得出的結(jié)論是________(g=9.8 m/s2,結(jié)果保留三位有效數(shù)字).
圖7
答案 (1)重物從靜止開始自由下落 2 mm
(2)0.585 m/s 0.171 J 0.172 J 在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)機(jī)械能守恒
解析 (1)重物自由下落時(shí),在最初0.02 s內(nèi)的位移應(yīng)為h=gT2=×9.8×(0.02)2 m≈2 mm.
(2)vB== m/s=0.585 m/s,此時(shí)重物的動(dòng)能為EkB=mvB2=×1 ×(0.585)2 J≈0.171 J,重物的重力勢(shì)能減少量為ΔEpB=mgh=1×9.8×17.6×10-3 J≈0.172 J,故在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)機(jī)械能守恒.
【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理和誤差分析
【題點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理和誤差分析
1.(多選)為驗(yàn)證在自由落體過(guò)程中物體的機(jī)械能是守恒的,某同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,圖中A、B兩點(diǎn)分別固定了兩個(gè)速度傳感器,速度傳感器可以測(cè)出運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度.在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得一物體自由下落經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度是v1,經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度是v2,為了證明物體經(jīng)過(guò)A、B兩點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能相等,這位同學(xué)又設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)步驟,你認(rèn)為其中不必要或者錯(cuò)誤的是( )
圖1
A.用天平測(cè)出物體的質(zhì)量
B.測(cè)出A、B兩點(diǎn)間的豎直距離
C.利用mv22-mv12算出物體從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中動(dòng)能的變化量
D.驗(yàn)證v22-v12與2gh是否相等
答案 AC
解析 物體重力勢(shì)能減少量為mgh,動(dòng)能增加量為mv22-mv12,計(jì)算gh和v22-v12,如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)gh=v22-v12,則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證,綜上應(yīng)選A、C.
【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理
【題點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理
2.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中:
(1)從下列器材中選出實(shí)驗(yàn)所必需的,其編號(hào)為________.
A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(包括紙帶) B.重物
C.天平 D.毫米刻度尺
E.秒表 F.運(yùn)動(dòng)小車
(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝放置要求為_______;開始打點(diǎn)時(shí),應(yīng)先_______,然后_______.
(3)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因主要是________,使重物獲得的動(dòng)能往往________重物減少的重力勢(shì)能.為減小誤差,懸掛在紙帶下的重物應(yīng)選擇________.
(4)如果以v2為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的v2-h(huán)圖線是________,該圖線的斜率等于________.
答案 見解析
解析 (1)選出的器材有:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(包括紙帶)、重物、毫米刻度尺.因要驗(yàn)證mgh=mv2,其中m可消去,故不需要用天平.故選A、B、D.
(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝時(shí),兩限位孔必須在同一豎直線上,這樣才能使重物在自由下落時(shí),受到的阻力較小,開始記錄時(shí),應(yīng)先接通電源,然后釋放紙帶,讓重物帶著紙帶一同落下.
(3)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因主要是紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)受到摩擦阻力,導(dǎo)致重物獲得的動(dòng)能小于它減少的重力勢(shì)能,為減小誤差,重物應(yīng)選質(zhì)量和密度較大、體積較小的.
(4)描繪出來(lái)的v2-h(huán)圖線是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線,它的斜率等于重力加速度.
【考點(diǎn)】“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”基本原理的綜合考查
【題點(diǎn)】“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”基本原理的綜合考查
3.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.用手提著紙帶末端,先閉合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源開關(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.
【考點(diǎn)】“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”基本原理的綜合考查
【題點(diǎn)】“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”基本原理的綜合考查
4.利用如圖2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B時(shí),毫秒計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)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,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.
圖2
(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B的距離,故A錯(cuò)誤,B正確.利用小鐵球通過(guò)光電門的平均速度來(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.
【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
【題點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
5.現(xiàn)利用如圖3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,與它們連接的光電計(jì)時(shí)器都沒有畫出.讓滑塊從斜面的頂端滑下,光電門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)光電門時(shí)的速度為其平均速度.
圖3
(1)滑塊經(jīng)過(guò)光電門1時(shí)的速度v1=_____ m/s,通過(guò)光電門2時(shí)的速度v2=________ m/s.
(2)滑塊通過(guò)光電門1、2之間的動(dòng)能增加量為_____ J,重力勢(shì)能的減少量為______ 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=mv22-mv12=5.25 J.
重力勢(shì)能的減少量:
ΔEp=mgssin 30°≈5.29 J.
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2018_2019學(xué)年高中物理第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展學(xué)案(打包6套)滬科版必修2.zip,2018,_2019,學(xué)年,高中物理,能量,守恒,可持續(xù)發(fā)展,打包,滬科版,必修
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