教科版必修2课堂设计高中物理4.5.2实验：验证机械能守恒定律每课一练

第2课时实验：验证机械能守恒定律

1．本实验中，除铁架台、夹子、低压交流电源、纸带和重物外，还需选用的仪器是( )

A．秒表B．刻度尺

C．天平D．打点计时器

2．在“验证机械能守恒定律”的实验中

(1)不需测量或计算的物理量是( )

A．下落高度B．瞬时速度

C．重物质量D．时间

(2)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

受到了较大的阻力，这样会导致实验结果mgh________1

2

mv2(选填

“>”或“<”)．

3．在一次验证机械能守恒定律实验中，质量m＝1 kg 的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图1所示(打点间隔为0.02 s)，单位cm.那么

图1

(1)纸带的________端与重物相连；

(2)打点计时器打下计数点B时，物体的速度v B＝________；

(3)从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是ΔEp＝________.此过程中物体动能的增加量ΔEk＝________(g取9.8

m/s 2)；

(4)通过计算，数值上ΔEp________ΔE k (填“>”、“＝”或“<”)，这是因为__________________________________；

(5)

实

验

的

结

论

是

_____________________________________________________

________________________________________________________________________.

4．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2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：

图2

甲同学测出了C 点到第一点O 的距离h OC ，利用v 2

C ＝2gh OC 计算得

到了C 点的速度，然后验证mgh OC 与12

mv 2C 相等．

乙同学测出了A 、B 、C 、D 各点到第一点O 的距离h A 、h B 、h C 、h D ，利用v B ＝h C －h A 2T 、v C ＝h D －h B

2T 计算B 、C 点的速度，然后验证了mg(h C －

h B )与12mv 2C －12

mv 2

B 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办法．

5．在用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，得到如图3所示的一条纸带．起始点O到A、B、C、D、E各点的距离分别为h A、h B、h C、h D、h E.如果重物的质量为m，打点计时器所用电源的频率为f，

则在打B、D两点时，重物的速度v B＝________，v D＝________.如果选择起始点的位置为零势能参考点，则在打B、D两点时重物的机械能E B＝________，E D＝________，若E B________E D，则说明重物在下落过程中机械能守恒．

图3

6．在“验证机械能守恒定律”的实验中，利用重物拖着纸带自由下落通过打点计时器并打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量分析，即可验证机械能守恒定律．

(1)正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图4所示．图中O点为打点起始点，且速度为零．

图4

选取纸带上打出的连续点，标上A、B、C……测得其中E、F、G 点距打点起始点O的距离分别为h1、h2、h3.已知重物的质量为m，当地重力加速度为g，打点计时器的打点周期为T.为验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从打下O点到打下F点的过程中，重物重力势能的减少量ΔEp＝________，动能的增加量ΔEk＝________.(用题中所给字母表示)

(2)以各点到起始点的距离h为横坐标，以各点速度的平方v2为纵坐标建立直角坐标系，用实验测得的数据绘出v2－h图象，如图5所示：由v2－h图线求得重物下落的加速度g′＝________m/s2.(结果保留三位有效数字)

图5

7．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＝9.80 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6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出的计数点．根据以上数据，重物由O点运动到B点时，已知重物质量为m(kg)．求：

图6

(1)重力势能的减少量为多少？

(2)动能的增加量是多少？

(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什

么？

第2课时实验：验证机械能守恒定律1．BD[ 测量下落高度需用刻度尺，打点计时器打出纸带并能标

识时间，选B 、D.]

2．(1)C (2)>

解析 (1)本实验需要验证mgh 与12mv 2

的关系，所以不需要测量

重物质量m ，C 正确．

(2)重物在下落过程中克服阻力做功，使减小的重力势能不能完全转化为动能，所以mgh>12

mv 2

.

3．(1)O (2)0.98 m/s (3)0.49 J 0.48 J (4)> 重物和纸带下落时受到阻力作用 (5)在实验误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量

解析 (1)纸带释放时速度较小，打点较密，先打距重物近的一侧，故O 端与重物相连．

(2)B 点速度v B ＝h C －h A 2T ＝7.06－3.14

0.04 cm/s ＝0.98 m/s

(3)从O 点到打B 点，重力势能减少量 ΔEp ＝mgh B ＝1×9.8×0.0501 J＝0.49 J 动能增加量12

mv 2

B ＝0.48 J ；

(4)由(3)中计算结果知ΔEp>ΔEk ，因为重物和纸带下落时受到阻力作用；

(5)由(3)中计算结果可知，在实验误差允许的范围内，机械能守恒．

4．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