【導(dǎo)學(xué)案】2021年高中物理人教版必修二教師用書-7.9-實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律-配套練習(xí)

1.關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn),以下說法正確的是()。A.試驗(yàn)中摩擦是不行避開的,因此紙帶越短越好,由于紙帶越短,克服摩擦力做的功就越少,誤差就越小B.試驗(yàn)時(shí)需稱出重錘的質(zhì)量C.紙帶上第1、2兩點(diǎn)間距若不接近2mm,則無論怎樣處理試驗(yàn)數(shù)據(jù),試驗(yàn)誤差都肯定較大D.處理打點(diǎn)的紙帶時(shí),可以直接利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的實(shí)際點(diǎn)跡,而不必接受“計(jì)數(shù)點(diǎn)”的方法【解析】A選項(xiàng)中,紙帶過短,長(zhǎng)度測(cè)量的相對(duì)誤差較大,故A錯(cuò)誤;由mv2=mgh知,只需驗(yàn)證v2=gh即可,不必測(cè)重錘質(zhì)量,故B錯(cuò);對(duì)C選項(xiàng)中的紙帶,可選點(diǎn)跡清楚、距離合適的任兩點(diǎn)M、N,通過計(jì)算ΔEk=m-m與mghMN的值進(jìn)行比較,試驗(yàn)誤差不肯定大,故C錯(cuò)誤;由于自由落體加速度較大,因此除去第1、2兩點(diǎn)距離可能很小,其他相鄰兩點(diǎn)間的距離均大于或遠(yuǎn)大于2mm,用毫米刻度尺測(cè)量完全可以,不必接受“計(jì)數(shù)點(diǎn)”法,故D正確。【答案】D2.在用如圖所示的試驗(yàn)裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí),下列說法中正確的是()。A.必需用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間B.試驗(yàn)操作時(shí),留意手提著紙帶使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,然后松開紙帶C.假如打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不豎直,重物下落時(shí),其重力勢(shì)能有一部分消耗在紙帶摩擦上,就會(huì)造成重力勢(shì)能的變化小于動(dòng)能的變化D.驗(yàn)證時(shí),可以不測(cè)量重物的質(zhì)量或重力【解析】由于試驗(yàn)中使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,不需要測(cè)時(shí)間,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不豎直,重物下落時(shí),其重力勢(shì)能有一部分消耗在紙帶摩擦上,造成重力勢(shì)能的削減量大于動(dòng)能的增加量,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;試驗(yàn)時(shí),為節(jié)省紙帶,便于測(cè)量,應(yīng)使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,應(yīng)先通電后放手,選項(xiàng)B正確;由于動(dòng)能和勢(shì)能表達(dá)式中都含有質(zhì)量,可以消去,故不需測(cè)質(zhì)量,選項(xiàng)D正確?！敬鸢浮緽D3.在爭(zhēng)辯重物自由下落過程中機(jī)械能守恒的試驗(yàn)中,得到如圖所示的一條紙帶,該紙帶上最初打出的幾個(gè)點(diǎn)不清楚,紙帶上留下的是后面的一些點(diǎn)。算出打下B、C兩點(diǎn)時(shí),重物速度分別是vB、vC,量得B、C兩點(diǎn)間的距離為h,那么驗(yàn)證機(jī)械能守恒的表達(dá)式可寫為()。A.gh=-B.gh=-C.vC=vB+aT D.+=2gh【解析】從B→C的過程ΔEp減=mghΔEk增=m-m所以需驗(yàn)證的表達(dá)式為mgh=m-m即gh=-?！敬鸢浮緽4.某同學(xué)在進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)時(shí),獲得了數(shù)條紙帶,下列說法正確的是()。A.必需選擇第1、2兩點(diǎn)間的距離接近2mm的紙帶進(jìn)行測(cè)量B.在紙帶上選取點(diǎn)跡清楚的、便利測(cè)量的某點(diǎn)作計(jì)數(shù)點(diǎn)的始點(diǎn)C.用毫米刻度尺量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)之間的距離,得出重物下落的相應(yīng)高度h1、h2……h(huán)nD.用公式vn=,計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度【解析】由試驗(yàn)的原理和操作知道,選項(xiàng)C、D都正確;對(duì)于A,無論何時(shí)釋放紙帶,只要方法正確,仍能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,不必選第1、2兩點(diǎn)之間的距離接近2mm的紙帶,故選項(xiàng)A錯(cuò);起始點(diǎn)應(yīng)是打的第一個(gè)點(diǎn),不能從中間選取,故選項(xiàng)B錯(cuò)?！敬鸢浮緾D5.用落體法“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中,依據(jù)紙帶算出相關(guān)的速度v,量出下落距離h,則以為縱軸,以h為橫軸,畫出的圖象應(yīng)是下圖中的()。【解析】對(duì)于自由落體運(yùn)動(dòng),由靜止開頭下落高度h后,重力勢(shì)能削減mgh,動(dòng)能增加mv2,應(yīng)滿足mgh=mv2,即v2=gh。【答案】C6.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz,查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.80m/s2,測(cè)得所用的重物的質(zhì)量為1.00kg。試驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清楚的紙帶,如圖所示,把第一個(gè)點(diǎn)記作O,另選連續(xù)的四個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量的點(diǎn)。經(jīng)測(cè)量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、【解析】依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),重物從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)下落的高度h=0.7776m,故重力勢(shì)能削減量ΔEp=mgh=1.00×9.80×0重物動(dòng)能的增加量ΔEk=m-m依據(jù)試驗(yàn)狀況,重物在O點(diǎn)的速度vO=0,C點(diǎn)的速度vC等于重物從B點(diǎn)到D點(diǎn)這一段時(shí)間的平均速度由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得:vC==m/s=3.8875m/s重物的動(dòng)能增加量ΔEk=m=×1.00×3.88752J=7.56J?！敬鸢浮?.627.567.用自由落體法“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中:(g取9.8m/s(1)運(yùn)用公式mv2=mgh時(shí)對(duì)試驗(yàn)條件的要求是。為此目的,所選擇的紙帶第1、2兩點(diǎn)間的距離應(yīng)接近。(2)若試驗(yàn)中所用重物質(zhì)量m=1kg,打點(diǎn)紙帶如圖所示,打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s,則記錄B點(diǎn)時(shí),重物速度vB=,重物動(dòng)能Ek=;從開頭下落起至B點(diǎn),重物的重力勢(shì)能削減量是,由此可得出的結(jié)論是。【解析】(1)自由下落的物體在第一個(gè)0.02s內(nèi),下落距離h=gt2=2mm。(2)vB==m/s=0.59m/sEk=m=×1×0.592J=0.174JΔEp=mgh=1×9.8×17.9×10-3J=0.175J?！敬鸢浮?1)物體自由下落,打起始點(diǎn)時(shí)初速度為02mm(2)0.59m/s0.174J0.175J8.某同學(xué)用如圖甲所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)。圖乙為試驗(yàn)中得到的一條紙帶,在紙帶上用0、1、2、3……標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)。(1)規(guī)定打點(diǎn)1時(shí)重力勢(shì)能為零,要計(jì)算出打點(diǎn)4時(shí)重物的機(jī)械能,在紙帶上必需測(cè)出。試驗(yàn)中若不知道本地的重力加速度的大小,要計(jì)算出機(jī)械能還必需測(cè)出重物的。(2)該同學(xué)依據(jù)測(cè)出的數(shù)據(jù)精確?????地計(jì)算出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)重物的機(jī)械能,發(fā)覺打后一個(gè)點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能都比打前一個(gè)點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能小,其緣由可能是(只要求說出一種)。(3)若在數(shù)據(jù)處理時(shí)所用的重力加速度比本地的重力加速度大,不考慮其他因素產(chǎn)生的誤差,將使打后一個(gè)點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能都比打前一個(gè)點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能?！窘馕觥?1)要計(jì)算打點(diǎn)4時(shí)重物的機(jī)械能,即重物的動(dòng)能和重力勢(shì)能,應(yīng)知道1、4間的距離,計(jì)算出重力勢(shì)能;知道3、5間的距離,求打點(diǎn)4的瞬時(shí)速度。另外,若不知道本地的重力加速度大小,還必需測(cè)量出重物的重力和質(zhì)量。(2)該同學(xué)依據(jù)測(cè)出的數(shù)據(jù)精確?????地計(jì)算出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)重物的機(jī)械能,發(fā)覺打后一個(gè)點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能都比打前一個(gè)點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能小,說明重物下落過程有阻力做功,使重物機(jī)械能削減。(3)在不考慮其他因素產(chǎn)生的誤差的狀況下,若在數(shù)據(jù)處理時(shí)所用的重力加速度比本地的重力加速度大,由Ep=mgh可知,計(jì)算重力勢(shì)能時(shí)會(huì)偏大,所以將使打后一個(gè)點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能都比打前一個(gè)點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能大?！敬鸢浮?1)1、4兩點(diǎn)之間的距離和3、5兩點(diǎn)之間的距離(或2、6兩點(diǎn)間的距離)質(zhì)量和重力(2)試驗(yàn)中存在阻力(3)大9.某同學(xué)做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律試驗(yàn)時(shí),不慎將一條選擇出的紙帶的一部分損壞,損壞的是前端部分。剩下的一段紙帶上各相鄰點(diǎn)間的距離已測(cè)出標(biāo)在圖中,單位是cm。已知重物質(zhì)量為m,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz,重力加速度g取9.8m/s(1)重物在點(diǎn)2的速度v2=m/s,在點(diǎn)5的速度v5=m/s,此過程中動(dòng)能增加量ΔEk=,重力勢(shì)能削減量ΔEp=。(2)比較得ΔEkΔEp(填“大于”“等于”或“小于”),緣由是,由以上可得出試驗(yàn)結(jié)論。(3)依據(jù)試驗(yàn)推斷下列圖象正確的是(其中ΔEk表示物體動(dòng)能的變化,Δh表示物體下落的高度)()?！窘馕觥?1)依據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,可以求出重物在點(diǎn)2的速度v2=m/s=1.重物在5點(diǎn)的速度v5=m/s=2.所以動(dòng)能增加量為ΔEk=m-m=1.ΔEp=mgh25=m×9.8×(3.2+3.6+4.0)×10-2=1.(2)明顯ΔEk<ΔEp,緣由是試驗(yàn)中重錘要克服阻力做功。由以上可得出的試驗(yàn)結(jié)論:在誤差允許的范圍內(nèi),機(jī)械能守恒。(3)物體機(jī)械能守恒,應(yīng)有物體削減的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,即ΔEk=mgΔh,可見物體增加的動(dòng)能與下落的距離成正比,選項(xiàng)C正確?！敬鸢浮?1)1.502.0751.03(2)小于試驗(yàn)中重錘要克服阻力做功在誤差允許的范圍內(nèi),機(jī)械能守恒(3)C10.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0.05s閃光一次,圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離,該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表。(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2,小球質(zhì)量m=時(shí)刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5=m/s。(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi),重力勢(shì)能增量ΔEp=J,動(dòng)能削減量ΔEk=J。(3)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)算得ΔEp(填“>”“<”或“=”)ΔEk,造成這種結(jié)