江苏省海安县实验中学高考物理复习 验证机械能守恒定律学案.doc

验证机械能守恒定律【学习目标】1. 知道验证机械能守恒定律的常规方案.2. 学会对数据进行处理的方法.3. 能对探究性实验进行合理分析【自主复习】（1） 把电磁打点计时器竖直地固定在铁架台上，打点计时器的两根导线接在 电源上.（2） 将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器，手提着纸带使重物靠近打点计时器，如图所示.（3） 接通电源，释放纸带让重物自由下落，计时器就在纸带上打出一系列点来.（4） 换几条纸带，重做上面的实验.（5） 在取下的纸带中挑选第1、2两点间距离接近 且点迹清楚的纸带进行测量.先记下第一点o的位置，再任意取五个点1、2、3、4、5，用刻度尺测出距o点的相应距离如图所示.（6） 用公式v 计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3、.（7） 计算各点对应的重力势能的减少量mghn和动能的增加量mvn2/2，进行比较.【课堂探究】活动一：纸带的选取及注意事项1.关于“验证机械能守恒定律”的实验，下列说法中正确的是（）a. 在实验中必须要用天平测出重物的质量，用刻度尺测出下落的高度b. 在实验中因为不需要求出动能和重力势能的具体数值，故不需要用天平测出重物的质量c. 选取纸带时，应尽量挑选第1、2两点间距离接近 2mm的纸带，如果没有这样的纸带，实验达不到目的d. 如果没有第1、2两点间距离接近2mm的纸带，本实验仍然可达到目的2.有4条用打点计时器（所用交流电频率为50hz）打出的纸带a、b、c、d，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的。为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为s1、s2、s3。请你根据下列s1、s2、s3的测量结果确定该纸带为 。（已知当地的重力加速度为9.791m/s2）a.61.0mm 65.8mm 70.7mm b. 41.2mm 45.1mm 53.0mmc.49.6mm 53.5mm 57.3mm d. 60.5mm 61.0mm 60.6mm活动二：数据处理及误差分析1.如图是该实验中得到的一条较理想的纸带，o点是打上去的第1个点，有关长度在图中已标明.选取n点验证机械能守恒定律，下面列举的打n点时重物速度的计算方法正确的是（）a. vnb. vnc. vnd. vn活动三：创新设计问题的分析方法1.某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，弧形轨道末端水平，离地面的高度为h.将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s. （1） 若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2 （用h、h表示）.（2） 该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：请在坐标纸上作出s2-h关系图.（3） 对比实验结果与理论计算得到的s2-h关系图线（图中已画出），自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率 （填“小于”或“大于”）理论值.（4） 从s2-h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是 .【当堂检测】1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是:a. 重物的重力应远大于重物所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力b. 实验时应先放开纸带，再接通电源c. 打点计时器应接在电压为46v的直流电源上d. 测下落高度时，需从起始点算起，且选取的各点应距起始点适当远一些2.在利用重锤自由落下验证机械能守恒定律的实验中，产生误差的主要原因是a.重锤下落的实际高度大于测量值b.重锤下落的实际高度小于测量值c.重锤实际末速度v大于gt d.重锤实际末速度v小于gt3在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50hz，查得当地的重力加速度g=980ms-2，测得所用的重物的质量为100kg实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作o，另选连续的4个点a、b、c、d作为测量的点如图4-5-2所示，经测量知道a、b、c、d各点到o点的距离分别为6299cm、7018cm、7776cm、8573cm，根据以上数据，可知重物由o点运动到c点，重力势能的减少量等于 j，动能的增加量等于 j（取3位有效数字）4.用如图甲所示实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒.m2从高处由静止开始甲下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.下图乙给出的是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示.已知m150 g，m2150 g，则：(g取10 ms2，结果保留两位有效数字)(1) 下面列举了该实验的几个操作步骤：a. 按照图示的装置安装器件；b. 将打点计时器接到直流电源上；c. 先释放m2，再接通电源打出一条纸带；d. 测量纸带上某些点间的距离；e. 根据测量的结果，分别计算系统减少的重力势能和增加的动能.其中操作不当的步骤是： (填选项对应的字母).(2) 在纸带上打下计数点5时的速度v ms；(3) 在打点05过程中系统动能的增量ek j，系统势能的减少量ep j，由此得出的结论是 ；(4) 若某同学作出图像如图丙所示，写出计算当地重力加速度g的表达式 ，并计算出当地的实际重力加速度g ms2.【巩固训练】1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中，需要通过计算得到的有a.重锤的质量 b.重力加速度c.重锤下落的高度 d.与重锤下落高度对应的重锤的即时速度2.在“验证机械能守恒定律”的实验中:（1） 下面叙述正确的是（）a. 用天平称出重物的质量b. 选用点迹清晰、特别是第1、2点间距接近2mm的纸带c. 应先通电再释放纸带d. 打点计时器应接在电压为46v的直流电源上（2） 选出一条纸带如图所示，其中o点为起始点，a、b、c为三个计数点，打点计时器通以50hz的交变电流，用分度值为1mm的刻度尺，测得oa11.13cm，ob17.69cm，oc25.9cm.这三个数据中不符合有效数字要求的是 ，应该写成 cm.（3） 在计数点a和b之间、b和c之间还各有一个点，重物的质量为1kg，根据以上数据计算，当打点针打到b点时，重物的重力势能比开始下落时减少了 j，这时它的动能是 j，由此得到的结论是 .（g取9.8m/s2，保留三位小数）3.在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量为1 kg的重锤自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源为6 v、50 hz的交流电源，如图所示.纸带上o点为重锤自由下落时纸带打点起点，选取的计数点a、b、c、d依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与o点距离如图所示，单位为mm，重力加速度为9.80 m/s2，则(1)打点计时器记录b点时，重锤速度vb=?重锤动能ekb=?(2)从开始下落算起，打点计时器记录b点时重锤的重力势能减少多少?(3)以b点为例，说明你怎样判断重锤下落过程中机械能是否守恒?4.利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图1所示： (1)实验步骤：将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于lm ，将导轨调至水平；用游标卡尺测量挡光条的宽度，结果如图2所示，由此读出_ _mm；由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离_m；将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；从数字计时器上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间和；用天平称出滑块和挡光条的总质量m，再称出托盘和砝码的总质量。(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为_和_。当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为_和_。在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少_ _(重力加速度为)。(3)如果_，则可认为验证了机械能守恒定律。5某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验.（1） 组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是 ，理由是 .（2） 若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图丙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，请根据纸带计算出b点的速度大小 m/s（结果保留三位有效数字）.（3） 该小组内同学们根据纸带算出了相应点的速度，作出v2-h图线如图丁所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g= m/s2（结果保留两位有效数字）.验证机械能守恒定律参考答案活动一1.bd 2.c 活动二1.cd活动三1.（1） 由机械能守恒mghmv2/2.由平抛运动规律svt.hgt2/2.联立解得s24hh.（2） 根据表中数据描出s2-h关系如下图.（3） 由图中看出在相同h下，水平位移s值比理论值要小，由svtv，说明水平抛出的速率比理论值小.（4） 水平抛出的速率偏小，说明有机械能损失，可能是因为摩擦，或在下落过程中小球发生转动.答案 （1） 4hh（2） 见解析图（3） 小于（4） 摩擦、转动（回答任一即可）【当堂检测】1.ad2. d3.解析：本题主要考查考生是否理解“验证机械能守恒定律”实验的原理及其数据处理的方法根据机械能守恒定律，在自由落体运动中，如果忽略各种阻力，则物体重力势能的减少量应等于其动能的增加量，用公式表示为mv2=mgh,v为下落距离为h时的速度本实验的目的就是要验证在自由落体运动中，这个关系mv2=mgh确定成立重物由o点运动到c点时，下落距离为7776cm，就得到物体减少的重力势能为mgh，代入数据得10098007776=762j vc=，代入数据得vc=3. 8则动能的增加量为mv2=756j可见在实验的准确度范围内，关系式mv2=mgh成立答案： 762j 756j4.（1） bc（2） 2.4 (3) 0.58 m 0.60 m 在实验误差允许的范围内m1,m2机械能守恒（4） g= v2 9.70【巩固训练】1.d2.解析（1） 在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于等号两边都有质量m，因此质量m被约掉，则不需要测量，a错；在自由落体的第1个0.02s内，重物下落的距离hgt2/20.019 6m，接近2mm，因此当第1、2点间的距离接近2mm时可以认为重物做自由落体运动，初速度为零，计算更方便些，b对；为了保证打第1个计数点时重物速度为零，则应先接通电源，再释放纸带，c正确；打点计时器应接46v交流电源，d错.（2） 分度值为1mm的刻度尺，读数时应估读到0.1mm，因为读数25.9cm没有记录估读位，读数错误，正确计数为25.90cm.（3） 重物的重力势能减少量epmgob19.80.1769j1.734j；打b点时的动能ekmv2m1j1.704j.答案 （1）bc（2）25.9 25.90（3）1.734 1.704在忽略误差的情况下，重物的机械能守恒3.（1）vb=1.18 m/s;ekb=6.9610-1 j.(2)ep=6.9210-1 j(3)上述所得ek与ep在误差允许范围内二者相等，验证了物体在只受重力作用时，重力势能的减少量等于动能的增加量，即机械能守恒.4.（1）9.3060.00(答案在59.9660.04之间的，也给分)（2）， ， (3)5.（1） 本实验要验证机械能守恒，物体在运动过程中除重力外没