1、同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 自 学 导 航要 点 导 析第2页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案07 机械能守恒定律自 学 导 航要 点 导 析第3页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案第九节 实验：验证机械能守恒定律自 学 导 航要 点 导 析第4页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案目 标 导 向自 学 导 航要 点 导 析第5页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真
2、题 导 思课 后 习 题 答 案知识与技能1.掌握验证机械能守恒定律的实验原理，知道实验中注意什么2会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度3在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式过程与方法1.通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法2初步学会从能量转化和能量守恒的观点来解释物理现象，分析问题自 学 导 航要 点 导 析第6页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案情感态度与价值观通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的惟一标准”的科学观
3、培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度.自 学 导 航要 点 导 析第7页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案自 学 导 航自 学 导 航要 点 导 析第8页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案1实验中需要测量的物理量有_、_.2本实验需要验证的结论是_3速度的计算公式是_答案1物体下落到某点时下落的高度 物体下落到某点时的速度2在重力作用下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒3vAxnxn12T自 学 导 航要 点 导 析第9页同步导练/RJ必
4、修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案要 点 导 析自 学 导 航要 点 导 析第10页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案导析 1 实验目的(1)用落体法验证机械能守恒定律(2)理解实验设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量(3)熟悉实验操作，能正确测量数据，会求瞬时速度(4)掌握实验数据的处理方法，能定性分析误差产生的原因自 学 导 航要 点 导 析第11页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案导析 2 实验原理用研究物体自由下落
5、的运动来验证机械能守恒定律，其实验原理是忽略空气阻力，自由下落的物体在运动过程中机械能守恒，即动能的增加量等于重力势能的减少量验证方式有两种：(1)若以重物下落的起始点 O 为基准点，设重物的质量为 m，测出物体自起始点 O 下落距离 h 时的速度 v，由计算得出12mv2、mgh，看它们在误差允许范围内是否有12mv2mgh，由此来验证机械能守恒定律是否成立自 学 导 航要 点 导 析第12页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(2)若以重物下落过程中的某一点 A 为基准点，设重物的质量为 m，测出物体在 A 点的速度 vA，再测出
6、物体由 A 点下落 h 后经过 B 点的速度 vB，则在误差允许范围内，若由计算得出12mv2B12mv2Amgh，则机械能守恒定律成立自 学 导 航要 点 导 析第13页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案导析 3 实验器材铁架台(带铁夹)，电磁式打点计时器，重锤(带纸带夹子)，纸带，复写纸片，导线，毫米刻度尺，低压交流电源导析 4 实验步骤(1)按图 791(甲)装置，竖直架稳打点计时器，并用导线将打点计时器接在 4 V6 V 交流电源上；图 791自 学 导 航要 点 导 析第14页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想
7、方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(2)将长约 1 m 的纸带用小夹子固定在重锤上后，穿过打点计时器，用手提着纸带，使重锤静止在靠近打点计时器的地方；(3)接通电源，松开纸带，让重锤自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点；(4)换几条纸带，重复上面的实验；(5)在取下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近 2 mm 且点迹清楚的纸带进行测量，先记下第一点 0 的位置，再任选五个点 1、2、3、4、5，用刻度尺测出距 0 点的相应距离，如图 791(乙)所示；(6)用公式 vnhn1hn12T计算出各点对应的瞬时速度 v1，v2，v3；(7)计算各点对应的势能减少量 mghn 和动
8、能增加量12mv2n进行比较自 学 导 航要 点 导 析第15页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案导析 5 注意事项(1)安装打点计时器要竖直架稳，使其两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小重锤下降时所受的摩擦阻力(2)实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源后，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一个点是一个清晰的点(3)选纸带时应尽量挑选第一、二两个点距离接近 2 mm 的点迹清晰的纸带这种纸带记录了打第一个点时，重锤恰好由静止开始下落的运动情况，即可保证 v00.自 学 导 航要 点 导 析第16页同步导练/RJ必修
9、 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(4)测量下落高度 h 时，应从起始点算起，为减小 h 的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在 60 cm80 cm 之间为佳(5)因为是通过比较mv22 与 mgh 是否相等来验证机械能守恒定律的，故不需要测量重锤质量 m.自 学 导 航要 点 导 析第17页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案导析 6 误差分析(1)由于测量长度而产生的误差属于偶然误差，减少误差的办法是测下落距离时要从第一个打点量起，一次将各打点对应的下落高
10、度测量完(2)重锤下落时由于克服阻力(空气阻力、摩擦阻力)做功，其机械能并不严格守恒，而是要稍微减小一些，这使得下落中动能增加量略小于重力势能的减少量，即 Ek”“”或“0.20 cm，说明他操作时先释放了纸带，后接通了电源，致使打点计时器打第一个点时，重物的初速度并不为零(1)因纸带做自由落体运动，开始记录时点间距小，所以纸带的左端与重物相连(2)重物的速度 vBOC OA2T0.98 m/s.(3)从起点 O 到计数点 B 的过程中，重力势能的减少量 Epmg OB0.49 J；动能的增加量 Ek12mv2B0.48 J.自 学 导 航要 点 导 析第26页同步导练/RJ必修 物理 经典品
11、质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(4)由以上计算知，EpEk，这是因为实验中有摩擦力和空气阻力等的存在，重物要克服阻力做功而损失机械能(5)在实验误差允许范围内，机械能守恒【答案】丙同学(1)左(2)0.98 m/s(3)0.49 J 0.48 J(4)见解析(5)见解析自 学 导 航要 点 导 析第27页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案【点悟】(1)解答该题时千万不可认为既然机械能是守恒的，就直接将动能的增加量等于重力势能的减少量因为该题是要求通过实验验证机械能守恒定律的，是否守恒要通过实验数据的
12、计算来说明(2)求解瞬时速度时千万不能用 vgt 或 v 2gh计算，此方法默认了机械能守恒自 学 导 航要 点 导 析第28页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案【变式训练】如图 793，在验证机械能守恒定律的实验中，图 793自 学 导 航要 点 导 析第29页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(1)除铁架台、铁夹、交流电源、纸带、打点计时器和重物外，还需选用下列哪种仪器？_ A秒表 B刻度尺 C天平D弹簧秤(2)该实验装置中的一处需要改正：_自 学 导 航要 点 导
13、析第30页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(3)如图 794，某同学改正装置后得到了一条纸带下列正确的是_图 794A纸带上点密集的一端是与重物相连的B纸带上点稀疏的一端是与重物相连的C实验时先松开纸带，再接通电源打点D实验时应先平衡摩擦力自 学 导 航要 点 导 析第31页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(4)某同学在一次实验中测得如图 794 所示三段位移，O 点为起始点，已知相邻两个计数点的时间间隔为 T，则他需要验证的表达式为_自 学 导 航要 点 导 析第3
14、2页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案解析：(1)为了测得重物下落的速度，需要用刻度尺测出纸带上两相邻计数点间的距离，而时间是由计时器来算出不用秒表，对于天平，等式两边质量可以约去，实验用不到弹簧秤，故 A、C、D 错误，B 正确(2)实验时，应让重物靠近打点计时器，由图示可知：重物没有靠近打点计时器，这是错误的 自 学 导 航要 点 导 析第33页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(3)由图示可知，左端相邻点间的距离小，即在相等时间内的位移小，由此可知，重物与纸带的左端
15、相连，即纸带上点密集的一端是与重物相连的，故 A 正确，B 错误；实验时应先接通电源，然后再放开纸带，故 C 错误；实验时不需要平衡摩擦力，故 D 错误(4)从纸带上可以看出 O 点为打出来的第一个点，速度为 0，重物自由下落，初速度为 0，重力势能减小量 Epmg(s0s1)；利用匀变速直线运动的推论 自 学 导 航要 点 导 析第34页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案vCxAE4Ts1s24T 动能增加量表达式为 Ek12mvC212ms1s24T2 因此只需要验证 mg(s0s1)12ms1s24T2 即为 g(s0s1)（
16、s1s2）232T2，就可以验证机械能守恒 自 学 导 航要 点 导 析第35页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案答案：(1)B(2)重物没有靠近打点计时器(或电火花计时器放得过高)(3)A(4)g(s0s1)（s1s2）232T2自 学 导 航要 点 导 析第36页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案探究导引探究 实验过程的创新与改进图 795【例】如图 795 所示，两个质量分别为 m1 和 m2 的小物块 A 和 B，系在一条跨过定滑轮的软绳的两端，已知 m1m2，现
17、要利用此装置验证机械能守恒定律自 学 导 航要 点 导 析第37页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(1)若选定物块 A 从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有_(填序号)物块的质量 m1、m2；物块 A 下落的距离及下落这段距离所用的时间；物块 B 上升的距离及上升这段距离所用的时间；绳子的长度自 学 导 航要 点 导 析第38页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(2)为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：绳的质量要轻；在“轻质绳”的前提
18、下，绳子越长越好；尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；两个物块的质量之差要尽可能小在以上建议中，确实对提高实验结果的准确程度有作用的是_(填序号)(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：_.自 学 导 航要 点 导 析第39页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案【解析】(1)通过连接在一起的 A、B 两物块验证机械能守恒定律，即验证系统的重力势能变化与动能变化是否相等A、B 连接在一起，A 下降的距离一定等于 B 上升的距离；A、B 的速度大小总是相等的，不需要测量绳子的长度，只需要选择或进行测量即可(2)如
19、果绳子质量不能忽略，则 A、B 组成的系统的重力势能将有一部分转化为绳子的动能，从而为验证机械能守恒定律带来误差；若物块摇晃，则两物块的速度有差别，为计算系统的动能带来误差；绳子长度和两个物块的质量差应适当(3)多次测量取平均值可减小测量误差，绳子受力后相对伸长量尽量小，可提高测量的高度的准确度自 学 导 航要 点 导 析第40页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案【答案】(1)或(2)(3)对同一高度进行多次测量取平均值；选取受力后相对伸长量尽量小的绳；等等自 学 导 航要 点 导 析第41页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越
20、梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案【点悟】课本中的学生实验及大多数实验试题一般都是利用自由落体运动来验证机械能守恒定律的，但高考试题往往避开这一固定模式，另辟蹊径，通过变通实验装置、操作方法等，达到验证实验的目的，灵活考查学生利用课本知识解决实际问题的能力解决这类问题的关键在于了解实验目的、实验装置以及操作过程，明确实验原理，进而分析需要测量的物理量，找出各量之间的关系，确定验证的表达式自 学 导 航要 点 导 析第42页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案真 题 导 思自 学 导 航要 点 导 析第43页同步导
21、练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案图 7961(2017 高考天津卷)如图 796 所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律自 学 导 航要 点 导 析第44页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_A重物选用质量和密度较大的金属锤B两限位孔在同一竖直面内上下对正C精确测量出重物的质量D用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物自 学 导 航要 点 导 析第45页同步导练/RJ必修
22、物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到 50 Hz 的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图 797 所示纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中 O 点为纸带上打出的第一个点重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有_。图 797AOA、AD 和 EG 的长度 BOC、BC 和 CD 的长度CBD、CF 和 EG 的长度DAC、BD 和 EG 的长度自 学 导 航要 点 导 析第46页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/
23、超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案解析：本题考查验证机械能守恒定律实验的相关知识。(1)选用质量和密度较大的金属锤、限位孔对正都可以降低摩擦阻力对实验结果造成的误差，所以 A、B 正确；动能与重力势能表达式中都含有质量 m，可以约去，故不需要测量出质量 m 的具体数值，C 错误；重锤下落之前应该用手拉住纸带上端而不是用手托住重锤，D 错误。测出 BC 和 CD 的长度就可以计算出打下 C 点时的速度 vC，再测出OC 的长度，就可验证 mghOC12mv2C是否成立，所以 B 正确；测出 BD、EG 的长度可计算出打下 C、F 两点时的速度 vC 和 vF，再测出 C
24、F 的长度，就可验证 mghCF12mv2F12mv2C是否成立，所以 C 正确答案：(1)AB(2)BC自 学 导 航要 点 导 析第47页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案2(2016 年高考江苏卷)某同学用如图 798 所示的装置验证机械能守恒定律一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于 A 点光电门固定在 A 的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为 d 的遮光条将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间 t 可由计时器测出，取 vdt作为钢球经过 A 点时的速度记录钢球每次下落的高度 h 和计时器示数 t
25、，计算并比较钢球在释放点和 A 点之间的势能变化大小 Ep与动能变化大小 Ek，就能验证机械能是否守恒图 798自 学 导 航要 点 导 析第48页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(1)用 Epmgh 计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度 h 应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离A钢球在 A 点时的顶端B钢球在 A 点时的球心C钢球在 A 点时的底端图 799自 学 导 航要 点 导 析第49页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案(2)用 Ek12mv2 计算
26、钢球动能变化的大小用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图799 所示，其读数为_cm.某次测量中，计时器的示数为 0.010 0 s则钢球的速度为 v_m/s.(3)下表为该同学的实验结果：Ep(102 J)4.892 9.786 14.69 19.59 29.38Ek(102 J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的 Ep与 Ek之间存在差异，认为这是由空气阻力造成的你是否同意他的观点？请说明理由(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议自 学 导 航要 点 导 析第50页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案解析：(1)要测
27、量钢球下落的高度，应测量开始释放时钢球的球心到钢球在 A 点时球心的竖直距离，选 B.(2)根据题图可知，遮光条的宽度为 d1.50 cm，若计时器的示数为 0.010 0 s，则钢球的速度 vdt1.501020.010 0 m/s1.50 m/s.(3)由于空气阻力的存在，钢球下落过程中克服空气阻力做功，因此动能的增加量会小于重力势能的减少量，而题中表格数值表明动能的增加量大于重力势能的减少量，显然误差不是由于空气阻力造成的，而是由遮光条在钢球的下面，测得的速度比钢球的实际速度大造成的自 学 导 航要 点 导 析第51页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导
28、 思课 后 习 题 答 案(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度 L 和 l，计算 Ek时，将 v 折算成钢球的速度v lLv.答案：(1)B(2)1.50(3)不同意，因为空气阻力会造成 Ek小于 Ep，但表中 Ek大于 Ep.(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度 L 和 l，计算 Ek时，将 v 折算成钢球的速度v lLv.自 学 导 航要 点 导 析第52页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案课 后 习 题 答 案自 学 导 航要 点 导 析第53页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课
29、后 习 题 答 案解答与说明1(1)从状态甲至状态丙过程中，弹性势能逐渐减小，动能和重力势能逐渐增大，当弹簧对小球向上的弹力大小与小球所受重力大小相等时，小球的动能最大之后，弹性势能和动能逐渐减少，重力势能逐渐增大，当弹簧恢复到自然长度时，弹性势能为 0.之后，重力势能仍逐渐增大，动能逐渐减少，到达 C 点时，动能减少到 0，重力势能达到最大(2)小球从状态甲运动到状态丙的过程中，机械能守恒故状态甲中，弹簧的弹性势能Epmg(hABhBC)0.210(0.10.2)J0.6 J小球从状态乙到状态丙的过程中，动能逐渐减少，重力势能逐渐增大自 学 导 航要 点 导 析第54页同步导练/RJ必修 物
30、理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案小球从状态乙到状态丙的过程中，机械能守恒，所以小球在 B 点的动能与小球在 C点的势能相等故小球在状态乙中的动能EkmghBC0.2100.2 J0.4 J自 学 导 航要 点 导 析第55页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案2设小球的质量为 m，小球运动到圆轨道最高点 B 时的速度为 v，受到圆轨道的压力为 FN.小球从 A 点下滑至最高点 B 的过程中，由于只有重力做功，机械能守恒设在圆轨道最低点为重力势能的零参考平面，则在这个过程中，根据机械能守恒定律，
31、有mg(2R)12mv2mgh在圆轨道的最高点 B 处，根据牛顿第二定律，有FNmgmv2R自 学 导 航要 点 导 析第56页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案欲使小球顺利地通过圆轨道的最高点，则小球在最高点 B 处时，必须满足条件FN0即 mgmv2R联立以上两式，可得 h52R可见，为了使小球顺利地通过圆轨道的最高点，h 至少应为52R.3用平抛运动的知识测出的小球离开桌面时的速度要略小于用机械能守恒定律算出的速度，这是由于小球做平抛运动时所受的空气阻力做负功，减小了它落地时的机械能自 学 导 航要 点 导 析第57页同步导练/RJ必修 物理 经典品质/超越梦想 方 法 导 学真 题 导 思课 后 习 题 答 案能力导练二十二
