2022高三物理一轮复习教学案(39)实验：机械能及其守恒定律

2020高三物理一轮复习教学案（39）实验：机械能及其守恒

定律

【学习目标】

1．培养学生的观看和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。

2．通过验证机械能守恒定律进一步加深对机械能守恒条件的明白得。

【自主学习】

⒈为进行验证机械能守恒定律的实验，有以下器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：

；缺少的器材是。

⒉物体做自由落体运动时，只受力作用，其机械能守恒，假设物体自由下落H高度时速度为V，应有MgH= ，故只要gH=1/2V2成立，即可验证自由落体运动中物体的机械能守恒。

⒊在打出的各纸带中选择出一条点迹，且第1、2两打点间距离接近

的纸带。

⒋测定第N个点的瞬时速度的方法是：测出与N点相邻的前、后两段相等时刻T内下落的距离S N和S N+1，，有公式V N= 算出。

⒌在验证机械能守恒定律时，假如以v2／2为纵轴，以h为横轴，依照实验数据绘出的图线应是，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于的数值。

【典型例题】

例题⒈在〝验证机械能守恒定律〞的实验中，所用电源的频率为50 Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量各计数点对应刻度尺上的读数如下图.(图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分不是每打两个点取出的计数点)

依照纸带要求运算：

(1)假设重锤的质量为m，那么重锤从开始下落到打B

点时，减少的重力势能是多少?

(2)重锤下落到打B点时增加的动能为多大?

(3)从上述数据可得出什么结论?

例题⒉利用如下图的装置做〝验证机械能守恒定律〞的实验，按正确的实验操作得到几条纸带.一位同学选取了一条头两点间的距离明显小于2 mm的纸带进行标点〔标出0、1、2、3……各实际点迹〕，测出各点与0点的高度差h1、h2、h3……那么能否用它正确

运算比较点n位置处的动能与重力势能的对应关系〔n＝2,3，4……〕，

即能否验证1/2mv n2=mgh n？什么缘故？假设不能验证，那么应如何改进？

【针对训练】

⒈某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤：

A. 用天平称出重物的质量；

B. 把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提升到一定高度；

C. 拆掉导线，整理仪器；

D. 断开电源，调整纸带，重做两次；

E. 用秒表测出重物下落的时刻；

F. 用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并运算出结果，得出结论；

G. 把打点计时器接到低压交流电源上；

H. 接通电源，开释纸带；

I. 把打点计时器接到低压直流电源上；

J. 把打点计时器固定到桌边的铁架台上。

上述实验步骤中错误的选项是，可有可无的是

，其余正确且必要的步骤按实

验操作顺序排列是。〔均只需填步骤的代号〕

⒉某同学在进行验证机械能守恒的实验时，获得了数条纸带，那么正确的选项是( )

A.选择第一、二两点间的距离接近2cm的纸带进行测量

B.在纸带上选取点迹清晰的、方便测量的某点作计数点的始点.

C.用刻度尺量出各计数点到第一点迹之间的距离，得出重锤下落相应高度h1、h2……h n.

D.用公式υ=t h

h

n n

2)1

(

)1

(-

+

-

，运算出各计数点对应的重锤的瞬时速度.

⒊在做〝验证机械能守恒定律〞的实验时，用打点计时器打出纸带如下图，其中A点为打下的第一个点，

0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分不为s1、s2、s3、s4、s5、s6，相邻计数点间的打点时刻间隔均为T。依照纸带测量出的距离及打点的时刻间隔，能够求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____ _____。在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为___ _____。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为研究对象。

⒋某次〝验证机械能守恒定律〞的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如下图，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9．8m/s2，假设重锤质量为1kg。

○1打点计时器打出B点时，重锤下落的速度V B= m/s，重锤的动能E kB= J。

○

2从开始下落算起，打点计时器打B 点时，重锤的重力势能减小量为

J 。 ○

3依照纸带提供的数据，在误差承诺的范畴内，重锤从静止开始到打出B 点的过程中，得到的结论是 。

【能力训练】 1. 在〝验证机械能守恒定律〞的实验中，除天平、铁架台、夹子、纸带和重物外，还需要〔 〕

A. 秒表

B. 刻度尺

C. 学生电源

D. 打点计时器

2. 在〝验证机械能守恒定律〞的实验中，关于自由下落的重物，以下选择条件中可取的是〔 〕

A. 选用重物时，重的比轻的好

B. 选用重物时，体积小的比大的好

C. 重物所受重力应与它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力平稳

D. 重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力

3. 在〝验证机械能守恒定律〞的实验中，以下表达正确的选项是〔 〕

A. 安装打点计时器时，两纸带限位孔应在同一竖直线上

B. 实验时，在松开纸带让重物下落的同时，应赶忙接通电源

C. 假设纸带上开头打出的几点模糊不清，也可设法用后面清晰的点进行验证

D. 测量重物下落高度必须从起始点算起

4. 在〝验证机械能守恒定律〞的实验中，由于打点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阻力，如此会导致实验结果〔 〕

A. mgh ＞

221mv B. mgh ＜22

1mv C. mgh =221mv D. 以上均有可能 5. 在〝验证机械能守恒定律〞的实验中，质量m ＝1kg 的物

体自由下落，得到如下图的纸带，相邻计数点间的时刻间隔为

0.04s 。那么从打点计时器打下起点O 到打下B 点的过程中，物体

重力势能的减少量E p ＝_______J ，此过程中物体动能的增加量E k =______J 。由此可得到的结论是：

。(g=9.8 m/s 2，保留三位有效数字)

⒍ 用打点计时器和重物在自由下落的情形下验证机械能守恒定律的实验中，电源频率为50 Hz ，依次打出的点为0、1、2、3、4，那么

〔1〕在图两条纸带中应选取的纸带是________，因为______________。

〔2〕如从起点0到第3点之间来验证，必须测量和运算出的物理量为________，验证的表达式为______________。

(a )

(b )

⒎ 纸带上已按要求选出0、1、2、3、4、5、6七个计数点，相邻计数点间的距离依次为x 1、x 2、x 3、x 4、x 5、x 6，那么能够判定和运算出〔 〕

A. 计数点0的对应速度v 0一定为0

B. 依照T x x v 2211+=可运算1号点的对应速度，同理可算出v 2、v 3、v 4、v 5

C. 无法运算出v 0和v 6的大小

D. 可作出v —t 图象求出斜率即加速度

⒏ 某同学做〝验证机械能守恒定律〞的实验时，不慎将选好纸带的前面一部分破坏了，剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图上。打点计时器的工作频率为50Hz ，重力加速度g 取9.80m/s 2，利用这段纸带能否验证机械能守恒定律？如何验证？ ⒐ 给你一架天平和一只秒表，你如何来估测用手竖直上

抛小球时，手对小球做的功？要求写出：

(1) 需测定哪些量？如何测量？(2) 运算时所需关系式及最后所做功的表达式。

⒑为了测定一根轻弹簧压缩最短时能储存的弹性势能的大小，可将弹簧固定在一带有光滑凹槽的轨道一端，并将轨道固定在水平桌面的边缘上，如以下图所示，用钢球将弹簧压缩至最短，然后突然开释，钢球将沿轨道飞出桌面，实验时：

(1)需要测定的物理量______________。

(2)运算弹簧最短时弹性势能的关系式是E p =______________。

参考答案

典型例题

⒈ ⑴ 19.11M ⑵ 18.89M ⑶ 误差承诺范畴内，机械能守恒。

⒉ 不能。 打点计时器不竖直，纸带夹的紧，阻力大。 改进方法：让打点计时器竖直，纸带夹的松些，减小阻力。

针对训练

⒈ EI A JGBHDCF ⒉ CD ⒊ (S 6+S 5+S 4-S 3-S 2-S 1)/9T 2

(S 5+S 6)/2T 1 5 ⒋ ⑴ 1.175 0.6903 ⑵ 0.6909

⑶ 误差承诺范畴内，机械能守恒。 能力训练

⒈ BCD ⒉ ABD ⒊ ACD ⒋ A ⒌ 0.228 0.226 误差承诺范畴内，机械能守恒。 ⒍ ⑴ a 0,1两点距离接近2mm,误差小。 ⑵ h, v

gh=v 2/2 ⒎ BD ⒏ 能 gh=V 22/2-V 12/2 ⒐ ⑴ m 和 V 0 用天平测出小· · · · · · 2.49 2.89

3.26 3.65 3 4 5 6 7

cm 2.11 2

球质量。用秒表测出小球上抛的时刻，求出初速度。⑵ mg2t2/8 ⒑⑴ m、h 和 s ⑵ mgs2/4h

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