【中学教材全解】高中物理 7.9 实验 验证机械能守恒定律课时练案 新人教版必修2(1).doc

第9节 实验：验证机械能守恒定律一、实验器材的选择和实验的操作1.用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，下列物理量中需要测量的有（ ）a.重物的质量b.重力加速度c.重物下落的高度d.与重物下落高度对应的重物的瞬时速度2.在验证机械能守恒定律的实验中：（1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为 。a.打点计时器（包括纸带) b.重物 c.天平 d.毫米刻度尺 e.停表 f.运动小车（2)打点计时器的安装放置要求为 ;开始打点计时的时候，应先 ，然后再 。（3）实验中产生系统误差的原因主要是 ，使重物获得的动能往往 它所减少的重力势能。为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择 的重物。图7-9-25二、实验的原理3.（2010安徽高考）利用如图7-9-25所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：a.用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v=gt计算出瞬时速度vb.用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v= 2gh计算出瞬时速度vc.根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h=v22g计算出高度hd.用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v以上方案中只有一种正确，正确的是 （填入相应的字母)。图7-9-264.如图7-9-26所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中n点来验证机械能守恒定律。下面举出一些计算n点速度的方法，其中正确的是（ ）a.n点是第n个点，则vn=gntb.n点是第n-1个点，则vn=g（n-1)tc.vn=xn+xn+12td.vn=dn+1-dn-12t5.（1)在用落体法验证机械能守恒定律的实验中：所用重锤的质量m=500 g，打点计时器所用电源的频率为50 hz，打下的纸带如图7-9-27所示（图中的数据为从起始点o到该点的距离)，则在打b点时，重锤的速度vb= m/s，从开始下落到打b点时，重锤的势能减少量是 j（g取10 m/s2，计算结果取两位有效数字)。图7-9-27 a b c d图7-9-28（2)根据纸带算出各点的速度v，量出从o点下落的距离h，则以v2为纵轴，以h为横轴，画出的v2-h图线（如图7-9-28）应为 6.利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图7-9-29所示：（1)实验步骤：图7-9-29将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平；用游标卡尺测量挡光条的宽度l；由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s；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（图7-9-29中未画出）上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间t1和t2；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m。（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时的瞬时速度分别为v1= 和v2= 。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ek1= 和ek2= 。在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ep= （重力加速度为g)。（3)如果ep= ，则可认为验证了机械能守恒定律。三、实验数据的处理方法图7-9-307.在验证机械能守恒定律的实验中，已知打点计时器打点间隔为t，某一组同学得到了一条如图7-9-30所示的纸带，在填写实验报告时甲、乙两个同学选择了不同的数据处理方法：甲同学测出了c点到第一点o的距离hoc，利用vc2=2gho c计算得到了c点的速度，然后验证mgho c与12mvc2相等；乙同学测出了a、b、c、d各点到第一点o的距离hoa、hob、hoc、hod，利用vb=hoc-hoa2t、vc=hod-hob2t计算b、c点的速度，然后验证mg（hoc -hob )与12mvc2-12mvb2是否相等。请你对甲乙两位同学的做法逐一分析，不合理之处提出完善方法。 甲 乙 图7-9-318.某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图7-9-31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)某小组的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： 。 图7-9-32 图7-9-33（2)若该小组采用图甲的装置打出一条纸带如图7-9-32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点的速度大小为 ms（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，作出了v2-h图线如图7-9-33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)。图7-9-34 9.如图7-9-34所示,两个质量分别为m1和m2的小物块a和b，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1m2。现要利用此装置验证机械能守恒定律。（1)若选定物块a从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有 。（在横线上填入选项前的编号)物块的质量m1、m2；物块a下落的距离及下落这段距离所用的时间；物块b上升的距离及上升这段距离所用的时间；绳子的长度。（2)为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出了以下建议：绳的质量要轻；在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；两个物块的质量之差要尽可能小。以上建议中确实对提高准确程度有用的是 。（在横线上填入选项前的编号)（3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议： 。5 参考答案1.cd 解析：根据实验要验证的关系：gh=12vb2或gh=12vc2-12va2，实验中需要测量的物理量有高度和速度，选项c、d正确。2.（1)abd （2)底板要竖直，两限位孔在同一竖直平面内 接通打点计时器的电源 释放重物（3）纸带通过打点计时器时有摩擦阻力 小于 体积小、密度大、质量大的解析：（1）选出的器材有：打点计时器（包括纸带），重物，毫米刻度尺，编号分别为a、b、d。注意因mgh=12mv2，故m可约去，不需要用天平。（2）打点计时器安装时，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，这样才能使重物在自由下落时，受到的阻力较小。开始记录时，应先接通打点计时器的电源，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下。（3）产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器时受到的摩擦阻力，使得重物获得的动能小于它所减少的重力势能。为减小误差，重物应体积小、密度大、质量大。3.d 解析：在验证机械能守恒定律的实验中，物体下落的高度是用刻度尺测出；瞬时速度的测量则是采用匀变速直线运动的规律，根据纸带上某点的瞬时速度等于该点前后相邻两点间的平均速度进行计算得出的，故选项d正确。4.cd 解析：做匀变速直线运动的物体，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度也等于该点前后相邻两点间的平均速度,可得选项a、b错误，选项c、d正确。5.（1)0.79 0.16 （2)c 解析：（1)打b点时重锤的速度为vb=oc-oa2t =50.2-18.620.0210-3 m/s=0.79 m/s，从开始下落到打b点时，重锤的势能减少量是ep=mgob=0.16 j；（2)由mgh=12mv2有v2=2gh，故选项c正确。6.（2）lt1 lt2 12（m+m） (lt1 )2 12（m+m）(lt2 )2 mgs 3ek2-ek1解析：由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度作为瞬时速度，所以滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1=lt1和v2=lt2。所以对应的动能为ek1=12（m+m）(lt1 )2 ，ek2=12（m+m）(lt2 )2；在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ep=mgs；若系统机械能守恒则ep=ek2-ek1。7.见解析 解析：甲同学选择从o到c段验证机械能守恒，计算c点的速度用vc2=2ghoc，犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误，计算vc可以选择vc=hod-hob2t。乙同学选择了从b到c段验证机械能守恒，由于b、c较近可造成较大误差，可选择bd段相对较为合适。8.（1)甲图；理由：采用乙图实验时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑的过程中机械能不守恒，故乙图不能用于验证机械能守恒；（2)1.37 m/s （3)9.8 m/s2解析：（1）由甲、乙两图可知，乙图存在的摩擦远远大于甲图中摩擦，由此可知甲图验证机械能守恒更合适。（2）b点的速度等于a、c间的平均速度，所以vb=ocoa2t=&(12.40-6.93)0.0120.02 m/s=1.37 m/s。（3）由机械能守恒mgh=12mv2得v2=2gh，由此可知：图象的斜率k=2g，由此可以求出当地的重力加速度，由图可知k19.6，所以g9.8 m/s2。9.（1）或 （2） （3）见解析解析：（1)a、b组成的系统机械能守恒的表达式为（m1 -m2 )gl=12 （m1 m2 )v2 ，其中l=v2t（l表示a下降或b上升的距离，t为a下降或b上升的时间)，故验证机械能守恒的表达式为（m1 -m2 )gl=12 （m1 m2) 2lt2，测量的物理量为