1、物理必修2配粵教版第五節(jié)驗證機械能守恒定律物理必修2配粵教版1以下說法正確的是()A. 機械能守恒時，物體一定只受重力和彈力作用B. 物體動能減小勢能增加時，機械能一定守恒C物體所受合外力不為零時，其機械能可能守恒D物體機械能的變化等于合外力對物體做的功【答案】C物理必修2配粵教版2兩物體質量之比為13，它們距離地面高度之比也為13，讓它們自由下落，它們落地時的動能之比為()A13C19【答案】CB31D91【解析】只有重力做功，機械能守恒落地時動能Ek等于自由下落時重力勢能的減少量mgh，結合題目已知條件可知C對物理必修2配粵教版3如右圖所示，小球從高處下落到豎直放置的輕彈簧上，在彈簧壓縮到

2、最短的整個過程中，下列關于能量的敘述中正確的應是()A. 重力勢能和動能之和總保持不變B. 重力勢能和彈性勢能之和總保持不變C動能和彈性勢能之和總保持不變D重力勢能、彈性勢能和動能之和總保持不變【答案】D物理必修2配粵教版【解析】小球下落過程中受到的重力做正功，彈力做負功，重力勢能、彈性勢能及動能都要發(fā)生變化，任意兩種能量之和都不會保持不變，但三種能量有相互轉化，總和不變，D對必修2配粵教版物理一、實驗目的通過研究物體運動過程中的驗證機械能守恒定律二、實驗原理動能重力勢能和變化，1針對只有重力做功的情形，研究其運動過程，比較物重力勢能變化量與 動能變化量，若滿足EpEk，體則說明機械能守恒2比

3、較運動過程中兩個狀態(tài)的機械能若滿足Ek1Ep1Ek2Ep2，也說明機械能守恒物理必修2配粵教版3兩種設計方案(1)方案一利用打點計時器記錄自由下落物體的運動信息，通過打點 紙帶確定物體下落的高度及此時對應的速度，確定減少的重力 勢能和增加的動能探尋兩者之間的關系，驗證機械能是否守 恒物理必修2配粵教版(2)方案二如右圖所示，用單擺和 DIS 裝置驗證機械能守恒，將 DIS 裝置的光電門放在 A、B、C、D 各點，測出各點的速度測量出各點對 D 的高度運用所得數(shù)據(jù)驗證機械能是否守恒物理必修2配粵教版三、實驗器材方案一：打點計時器及電源、鐵架臺(含鐵夾)、紙帶、 鉤碼、刻度尺、夾子擺球方案二： D

4、ISLab實驗儀一套， 鐵架臺、線、鉛筆、貼有方格紙的木板、刻度尺、細物理必修2配粵教版方案一【實驗過程】一、實驗步驟“落體法”驗證機械能守恒1. 如右圖所示把打點計時器安裝在鐵架臺上，并將打點計時器接到電源上2. 把紙帶的一端和鉤碼用夾子固定好， 另一端穿過計時器限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近3. 先接通電源，然后松手讓重物帶著紙帶自由下落物理必修2配粵教版4. 重復幾次，得到 35 條打好點的紙帶5. 在打好點的紙帶中挑選一條點跡清晰的紙帶，在起始 點標上 O，以后的點依次標上 1、2、3，用刻度尺測出對應下落的高度 h1、h2、h3，并計算相應的重力勢能減少量 mgh

5、n.hn1hn16應用公式 v 計算各點對應的瞬時速度，并n2T12計算相應的動能 mv .n2127比較 mv 與 mgh是否在誤差范圍內相等nn2必修2配粵教版物理二、數(shù)據(jù)處理1代入數(shù)據(jù)計算比較(1)E mgh，E 1v2，比較m與122v在誤差范圍內ghpk2是否相等；122(2)E mg(h h )，E m(v v )，比較 g(h h )與p21k21212122(v v )在誤差范圍內是否相等212物理必修2配粵教版2作 v2h 圖象，分析曲線從靜止開始下落，如滿足機械能守恒，則 mgh1v2，所以 v22gh，其中 2g 為常m2數(shù)，故 v2h 圖線應為過原點的傾斜直線，斜率的一

6、半為當?shù)刂亓铀俣龋脠D象如右圖所示物理必修2配粵教版【誤差分析】1本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量1v2 稍小m2于重力勢能的減少量 mgh，這是系統(tǒng)誤差2. 本實驗的另一個誤差來源是長度的測量，屬偶然誤差3. 另外交流電的頻率發(fā)生波動，也會給實驗帶來偶然誤 差物理必修2配粵教版【注意事項】1應盡可能控制實驗條件，使裝置滿足機械能守恒的條 件，這需要盡量減小各種阻力，采取的措施有：(1)安裝時使限位孔與紙帶處于同一豎直平面內 (2)應選用質量和密度較大的重物2. 使用打點計時器時，應先接通電源，再松開紙帶3. 選取紙帶的原則是：

7、(1)點跡清晰(2)所打點間距適中(可舍去開始打點密集的 部分)4由于不需要計算動能和重力勢能的具體數(shù)值，因而不需要測量物體的質量物理必修2配粵教版方案二用DIS裝置驗證機械能守恒【實驗過程】1在鐵架臺上端用鐵架懸掛一個擺球(如圖所示)物理必修2配粵教版2. 在方格紙上確定45個點作為測量點3. 分別安裝光電傳感器，并使之與數(shù)據(jù)采集器相連接4. 讓小球從某一高度向下擺動分別測定擺球在擺動過 程中任意時刻的動能和重力勢能5. 研究每一個測量點上機械能的總量有什么特點？【注意事項】1. 小球運動時，應使其軌跡在一豎直面內，避免做圓錐 擺運動2. 調整帶方格紙的木板，應使其豎線在豎直方向上3. 為準

8、確測定小球在各位置的瞬時速度，可在小球下部 安置一塊擋光片，并確保擋光片在豎直面內物理必修2配粵教版例1(1)為進行“驗證機械能守恒定律”的實驗，有下列器材可供選擇：A鐵架臺B打點計時器C復寫紙D紙帶E低壓交流電源F天平G秒表H導線I電鍵J米尺上述器材不必要的是 (只填字母代號)，缺少的器材是 物理必修2配粵教版(2)質量為m1kg的重錘自由下落，在紙帶上打出一系列的點如圖所示，O為第一個點，A、B、C為相鄰的點，相鄰計數(shù)點的時間間隔為0.02求：s，長度單位是cm，取g9.8m/s2，A 打點計時器打下計數(shù)點B 時，物體的速度vB m/s(保留兩位有效數(shù)字)；b從點O到打下計數(shù)點B的過程中，

9、物體重力勢能的減少 量Ep J，動能的增加量Ek J(保留兩位有效數(shù)字)物理必修2配粵教版解析：(1)本題考查了實驗原理、實驗器材及實驗數(shù)據(jù)的處理問題驗證 mgh 是否等于1v2.兩式中都含有質量 m，故不m2需要天平測量質量；用打點計時器打出的紙帶測物體下落的速度，故不用秒表測量時間驗證重錘下落過程中機械能守恒，故缺少的器材為重錘物理必修2配粵教版(7.023.13)102sAC(2)由紙帶數(shù)據(jù)有vBm/s0.972T20.02m/s則動能增加量 E 1v2m1B210.972 J0.47 Jk22重力勢能減少量Ep mghOB 19.84.8610J0.48 J答案：(1)F、G 重錘 (

10、2)0.97 0.48 0.47物理必修2配粵教版1在驗證機械能守恒定律的實驗中：(1) 從下列器材中選出實驗所必需的，其編號為 A打點計時器(包括紙帶)；B.重物；C天平；D.毫米刻度尺；E.秒表；F.運動小車(2) 打點計時器的安裝放置要求為 ；開始打點計時的時候，應先 ，然后 (3) 實驗中產生系統(tǒng)誤差的原因主要是 ，使重物獲得的動能 重物減少的重力勢能為減小誤差，懸掛在紙帶下的重物應選擇 必修2配粵教版物理v2v2(4)如果以 2 為縱軸，以 h 為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的 2 h圖線是 ，該線的斜率等于 【答案】(1)A、B、D (2)底板要豎直 給打點計時器通電釋放重物 (3)紙帶

11、通過打點計時器時有摩擦阻力 小于 質量和密度大一些的 (4)一條通過坐標原點的傾斜直線 加速度 g重力物理必修2配粵教版【解析】(1)選出的器材有：打點計時器(包括紙帶)，重物毫米刻度尺編號分別為：A、B、D.注意因mgh1mv2，故2m 可約去，不需要用天平(2)打點計時器安裝時，底板要豎直，這樣才能使重物在自由落下時，受到的阻力較小應先給打點計時器通電打點，然后再釋放重物，讓它帶著紙帶一同落下物理必修2配粵教版(3)產生系統(tǒng)誤差的主要原因是紙帶通過打點計時器時受到摩擦阻力，使得重物獲得的動能小于減少的重力勢能為減小誤差，重物的質量和密度應選大一些的v2(4)描繪出來的 2 h 圖線是一條過

12、原點的傾斜直線，它的斜率即為重力加速度 g.物理必修2配粵教版例2電源的頻率為50在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，所用Hz，某同學選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點對應刻度尺上的讀數(shù)如圖所示(圖中O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C、D、E分別是每打兩個 點取出的計數(shù)點)物理必修2配粵教版根據(jù)紙帶計算：(1) 重錘下落的加速度；(2) 若重錘的質量為m，則重錘從開始下落到打B點時，減 少的重力勢能是多少？(3) 重錘下落到打B點時增加的動能有多大？(4) 從(2)(3)數(shù)據(jù)可得出什么結論？產生誤差的主要原因是 什么？解析：在驗證機械能守恒定律的實驗中，誤差中的一部分來自于空氣

13、阻力及紙帶和打點計時器限位孔之間的摩擦，故重力勢能的減少應等于動能的增加量和克服阻力做功之和所以，此題在計算結論上肯定是重力勢能減少的多，動能增加的少，其差值除偶然誤差外，就是上述原因造成的物理必修2配粵教版(1)根據(jù)逐差法求加速度sAB OB OA 195.0mm125.0mm70.0mm0.07m，sBC OC OB 280.5 mm195.0 mm85.5 mm0.0855 m，sCD OD OC 381.50.101 m，mm280.5mm101.0mmsDE OE OD 498.00.116 5 m，mm381.5mm116.5mm必修2配粵教版物理ssssCDABDEBCa ，a

14、，2T22T212a1a2sCDsDEsBCsAB a 4T220.1010.116 50.085 50.072m/s4(0.04)29.688 m/s2.即重錘下落的加速度為 9.688 m/s2.物理必修2配粵教版(2)重錘從開始下落到打 B 點時減少的重力勢能為：Ep 減mghmgO B 9.80.195m J1.911m J.sABsBC點時的速度為v(3) 重錘下落到打 BB2T0.070.085 520.04m/s1.944 m/s，則物體從開始下落到打 B 點增mv21.9442mB加的動能為 Ep1.89m J.增22物理必修2配粵教版(4)從(2)(3)可以得出，在實驗誤差允

15、許范圍內，重錘重力勢能的減少等于其動能的增加，機械能守恒重錘減少的重力勢能略大于其增加的動能的原因是：重錘在下落時要受到阻力的作用(打點計時器對紙帶摩擦、空氣阻力等)，重錘克服阻力做功要損失一部分機械能答案：(1)9.688 m/s2(4)見解析(2)1.911m J(3)1.89m J物理必修2配粵教版2某同學做“驗證機械能守恒定律”的實驗時不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分破壞了，測出剩下的一段紙帶上的各個點間的距離如圖所示已知打點計時器工作頻率為50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.(1) 利用這段紙帶說明重錘通過2、5兩點時機械能守恒；(2) 分別說明為什么得到的結果是重力勢能減

16、少量Ep稍大 于重錘動能的增加量Ek.物理必修2配粵教版【答案】(1)因為 Epmgh1.047m J，1111E mv mv (22.06221.4952)m J1.00m J22k5222在實驗誤差允許范圍內，EpEk，機械能守恒(2)由于存在空間阻力和紙帶與打點計時器間的摩擦力，減 少的重力勢能一小部分由于摩擦轉化為其他能量，所以，增加 的動能略小于減少的重力勢能【解析】取 2、5 兩點為研究對象，根據(jù)題目提供的數(shù)據(jù)，求出 2、5 兩點對應的瞬時速度和 2、5 兩點間的距離，然后求得 Ep、Ek，比較即可得出結論物理必修2配粵教版綜合拓展提高如圖甲所示，將包有白紙的圓柱棒替代紙帶例3和重物，蘸有顏料的毛筆固定在馬達上并隨之轉動，使之替代打點計時器當燒斷掛圓柱棒的線后，圓柱棒豎直自由落下， 毛筆就在圓柱棒的白紙上畫出記號，如圖乙所示，測得記號之 間的距離依次為26 mm、41 mm、56 mm、71 mm、86 mm、101 mm，已知馬達銘牌上有“1 400 r/min”字樣，請說明用這個裝置如何驗證機械能守恒甲 乙物理必修2配粵教版解析：由馬達銘牌“1 400 r/min”算出毛筆畫的線距的時間