2019-2020学年高中物理 第2章 能的转化与守恒 第3节 能量守恒定律 第1课时 实验 探究动能与重力势能的转化和守恒随堂演练巩固提升 鲁科版必修2

1 第第 1 1 课时课时 实验 探究动能与重力势能的转化和守恒实验 探究动能与重力势能的转化和守恒 学生用书 p27 1 用如图所示装置验证机械能守恒定律 由于电火花计时器两限位孔不在同一竖直线 上 使纸带通过时受到较大的阻力 这样实验造成的结果是 a 重力势能的减少量明显大于动能的增加量 b 重力势能的减少量明显小于动能的增加量 c 重力势能的减少量等于动能的增加量 d 以上几种情况都有可能 解析 选 a 由于重物下落时要克服阻力做功 重物减少的重力势能转化为重物的动能 和系统的内能 故重力势能的减少量大于动能的增加量 a 正确 2 利用自由落体运动验证机械能守恒定律 就是看mv是否等于mghn 下列说法中 1 22n 正确的是 a 打点计时器打第一个点o时 重物的速度不一定为零 b hn是点n到点o的距离 c m为重物的质量 需用天平称量 d 计算vn要用vn gtn 其中tn n 1 t 解析 选 b 从机械能守恒的角度来看 重力势能全部转化为动能 要使mv mghn 1 22n 初动能必须为零 选项 a 错误 hn代表下落的高度 所以选项 b 正确 从等式中看出m可 以约掉 所以不需要用天平测出其质量 选项 c 错误 求vn时 应该用点n前 1 点到后 1 点的距离除以这段长度对应的时间来求vn的大小 也就是求中间时刻的速度 选项 d 错 误 3 多选 如图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 有关尺寸 在图中已注明 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 2 a n点是第n个点 则vn gnt b n点是第n个点 则vn g n 1 t c vn sn sn 1 2t d vn hn 1 hn 1 2t 解析 选 cd n点的瞬时速度等于sn与sn 1段的平均速度 4 如图所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图 现有的器材为 带铁夹的铁架台 电磁打点计时器 纸带 带铁夹的重锤 天平 回答下列问题 1 为完成此实验 除了所给的器材 还需要的器材有 填入正确选项前的 字母 a 米尺 b 秒表 c 0 12 v 的直流电源 d 0 12 v 的交流电源 2 实验中误差产生的原因有 写出两个原因 解析 1 用米尺测量长度 打点计时器需要使用交流电源 2 纸带和打点计时器之间有摩擦 用米尺测量纸带上各点的位置时读数有误差 计算 势能的变化时 选取始末两点的距离过近 交流电的频率不稳定 这些都是产生误差的原 因 答案 1 ad 2 纸带和打点计时器之间有摩擦 用米尺测量纸带上各点的位置时读 数有误差 计算势能的变化时 选取始末两点的距离过近 交流电的频率不稳定 任选其二 5 甲同学准备做 验证机械能守恒定律 实验 乙同学准备做 探究加速度与力 质 量的关系 实验 3 1 图中a b c d e表示部分实验器材 甲同学需在图中选用的器材有 乙同学需在图中选用的器材有 用字母表示 2 乙同学在实验室选齐所需器材后 经正确操作获得如图所示的两条纸带 和 纸 带 的加速度大 填 或 其加速度大小为 解析 1 要采用落体法做 验证机械能守恒定律 实验 需要下落的重物a和打点计 时器b 要做 探究加速度与力 质量的关系 实验 需要研究对象小车d 拉动小车的钩 码e及打点计时器b 2 纸带 的加速度大小为 a1 x5 x4 x1 x2 6t2 m s2 38 10 34 20 32 40 29 10 10 2 6 0 022 2 5 m s2 纸带 的加速度大小为 a2 x5 x4 x1 x2 6t2 m s2 35 90 32 35 30 65 27 40 10 2 6 0 022 1 25 m s2 因此纸带 的加速度大 大小为 2 5 m s2 答案 1 ab bde 2 2 5 m s2 2 3 2 7 m s2均可 6 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 50 hz 查得当地的重力加速度g 9 8 m s2 某同学选择了一条理想的纸带 用刻度尺测量时各 计数点对应刻度尺上的读数如图所示 图中o点是打点计时器打出的第一个点 a b c d分别是每打两个点取的计数点 则重物由o点运动到b点时 重物质量为m kg 4 1 重力势能的减少量是 j 动能的增加量是 j 2 重力势能的减少量 略大于 或 略小于 动能的增加量 原因是 3 根据计算的数据得出的结论 解析 1 重力势能的减少量为 ep mghob m 9 8 0 195 j 1 911m j 重物下落到b点时的速度为 vb 1 944 m s hac 4t 所以重物从开始下落到b点增加的动能为 ek mv 1 89m j 1 22b 2 略大于 由于空气阻力和限位孔的摩擦阻力做功 将部分机械能转化为内能 3 从以上计算的数据得出 在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加 的动能 即机械能守恒 答案 1 1 911m 1 89m 2 略大于 见解析 3 在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能 即机械能守恒 7 在用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中 1 所用重锤的质量m 1 0 kg 打点计时器所用电源的频率为 50 hz 打下的纸带如 图所示 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 重锤的动能ek j 从开始下落到打b点时 重锤的势能减少 量是 j 保留两位有效数字 2 根据纸带算出各点的速度v 量出下落距离h 则以v2为纵轴 以h为横轴 画出 的图线应是图中的 解析 1 vb m s ac 2t 50 2 18 6 10 3 2 0 02 0 79 m s 5 ek mv 1 0 0 792 j 0 31 j 1 22b 1 2 ep mghb 0 1 0 9 8 32 4 10 3 j 0 0 32 j 2 由于在误差允许范围内 下落过程满足机械能守恒 则mv2 mgh 即v2 2gh h 故选项 c 正确 1 2 答案 1 0 79 0 31 0 32 2 c 8 某同学根据机械能守恒定律 设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系 1 如图 a 将轻质弹簧下端固定于铁架台 在上端的托盘中依次增加砝码 测量相 应的弹簧长度 部分数据如下表 由数据算得劲度系数k n m g取 9 80 m s2 砝码质量 g 50100150 弹簧长度 cm 8 627 636 66 2 取下弹簧 将其一端固定于气垫导轨左侧 如图 b 所示 调整导轨使滑块自由滑 动时 通过两个光电门的速度大小 3 用滑块压缩弹簧 记录弹簧的压缩量x 释放滑块 记录滑块脱离弹簧后的速度v 释放滑块过程中 弹簧的弹性势能转化为 4 重复 3 中的操作 得到v与x的关系如图 c 由图可知 v与x成 关 系 由上述实验可得结论 对同一根弹簧 弹性势能与弹簧的 成正比 解析 1 加 50 g 砝码时 弹簧弹力f1 mg k l0 l1 加 100 g 砝码时 f2 2mg k l0 l2 f f2 f1 k l1 l2 则k 49 5 n m 同理由加 100 g 砝码和 加 150 g 砝码的情况可求得k 50 5 n m 则劲度系数k 50 n m k k 2 2 使滑块通过两个光电门时的速度大小相等 就可以认为滑块离开弹簧后做匀速直线 运动 3 弹性势能转化为滑块的动能 6 4 图线是过原点的直线 所以v与x成正比 整个过程弹性势能转化为动能 即e弹 ek mv2 弹性势能与速度的二次方成正比 则弹性势能与压缩量x的二次方成正比 1 2 答案 1 50 2 相等 3 滑块的动能 4 正比 压缩量的二次方 9 用气垫导轨装置验证机械能守恒定律 先非常仔细地把导轨调成水平 然后用垫块 把导轨一端垫高h 如图所示 滑块m上面装有l 3 cm 的挡光框 使它由轨道上端任一 处滑下 测出它通过光电门g1和g2所用的时间 t1和 t2 就可以算出它通过g1和g2时 的速度v1和v2 进而算出它由g1到g2这段过程中动能的增加量 ek mv mv 再算 1 22 2 1 22 1 出重力势能的减少量 ep mgh 比较 ek与 ep的大小 便可验证机械能是否守恒 1 滑块的速度v1 v2如何求出 滑块通过g1时的高度h如何求出 2 若测得图中l 1 m s 0 5 m h 20 cm m 500 g 滑块通过g1和g2所用的时 间分别为 5 0 10 2 s 和 2 0 10 2 s 当地重力加速度g 9 80 m s2 试判断机械能是 否守恒 解析 1 因为挡光框宽度很小 l 3 cm 滑块通过光电门的时间极短 故可以认为 滑块通过光电门时做匀速运动 则通过两光电门时的平均速度等于通过g1和g2两位置的瞬 时速度即v 由相似原理 可得 便可求得h s h l s都是事先设定的 l t h s h l h l 2 v1 m s 0 6 m