8.4机械能守恒定律 学案 （有答案）
文档属性
| 名称 | 8.4机械能守恒定律 学案 （有答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.8MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-12-13 16:05:34 | ||
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文档简介
8.4机械能守恒定律
一学科核心素养
物理观念：首先从概念的角度出发，明确什么是机械能，在机械能守恒的情况下重力势能与动能之间是相互转化的，构建能量观念。
科学思维：通过纸带和打点计时器找到重力势能的减少量与动能增加量之间的关系，从而验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。
科学探究：运用动能定理推导机械能守恒定律，体会做功在能量转化过程的用途。
科学态度与责任：通过机械能守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题
二学习重难点
重点 1.掌握机械能守恒定律的推导、建立过程，理解机械能守恒定律的内容；
2.在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式。
难点 1.从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件；
2.能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒，能正确分析物体所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能。
三课前预习
1．判断下列说法的正误。
（1）合力为零，物体的机械能一定守恒。( )
（2）合力做功为零，物体的机械能一定守恒。( )
（3）只有重力做功，物体的机械能一定守恒。( )
2．由于做功会引起物体能的变化，请你用确切的概念完成下表：
做功 引起能的变化
例如重力做功 重力势能变化
____________ 动能变化
除重力（或弹力）外其它力合力做功 机械能变化
只有重力和弹力做功，其它力不做功 ____________
3．如图所示，某人乘雪橇从雪坡经A点滑至B点。接着沿水平路面滑至C点停止。人与雪橇的总质量为70kg。表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，请根据图表中的数据解决下列问题：（g取10m/s2）
位置 A B C
速度（m/s） 2 10 0
时刻（s） 0 4 10
（1）人与雪橇从A到B的过程中，重力势能变化了多少___________J；
（2）人与雪橇从A到B的过程中，损失的机械能为多少___________J。
4．关于机械能守恒：
（1）做自由落体运动的物体，机械能_________，（选“守恒”或“不守恒”）
（2）人乘电梯加速上升的过程，人的机械能_________，（选“守恒”或“不守恒”）
（3）合外力对物体做功为零时，物体的机械能可能_________，（选“守恒”、 “不守恒”或“守恒，也可能不守恒”）
（4）物体在只受重力作用的情况下，物体的机械能_________，（选“守恒”或“不守恒”）
5．如图所示，水平粗糙滑道AB与竖直面内的光滑半圆形导轨BC在B处平滑相接，导轨半径为R。一轻弹簧的一端固定在水平滑道左侧的固定挡板M上，弹簧自然伸长时另一端N与B点的距离为L。质量为m的小物块在外力作用下向左压缩弹簧（不拴接）到某一位置P处，此时弹簧的压缩量为d、由静止释放小物块，小物块沿滑道AB运动后进入半圆形轨道BC，且刚好能到达半圆形轨道的顶端C点处，已知小物块与水平滑道间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧的劲度系数为k，小物块可视为质点，则当弹簧的压缩量为___________时，小物块速度达到最大；小物块刚离开弹簧时的速度大小为___________；刚开始释放物块时，弹簧的弹性势能为___________。
6．如图所示，在高1.5m的光滑平台上有一个质量为2kg的小球被一细线拴在墙上，球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧。当烧断细线时，小球被弹出，小球落地时的速度方向与水平方向成60°角，g取10m/s2，则小球落地时的速度大小为________m/s；弹簧被压缩时具有的弹性势能为________J。
7．如图所示，某人乘雪橇从雪坡经A点滑至B点，接着沿水平路面滑至C点停止，人与雪橇的总质量为70kg。表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，根据图表中的数据可知雪橇从A到B的过程中，损失的机械能为__________；设人与雪橇在BC段所受阻力恒定，则阻力大小为___________（g＝10m/s2）
位置 A B C
速度（m/s） 2.0 12.0 0
时刻（s） 0 4 10
四自我检测
1．《验证机械能守恒定律》的实验中，对自由下落的重物，选择哪一个较好（ ）
A．只要有足够重就可以
B．只要体积足够小就可以
C．应该密度大些，同时较重，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲
2．某同学用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验，下列说法正确的是（ ）
A．应先释放纸带，再接通电源
B．必须测量重物的质量
C．电磁打点计时器使用的是直流电源
D．实验时，因存在阻力，所以重物减少的重力势能略大于增加的动能
3．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。关于实验结果，下列说法正确的是（ ）
A．减少的重力势能大于增加的动能
B．减少的重力势能小于增加的动能
C．减少的重力势能等于增加的动能
D．以上都有可能
4．用自由落体法“验证机械能守恒定律”，就是看是否等于（为计数点的编号0、1、2…）。下列说法中正确的是（ ）
A．是计数点到点1的距离
B．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零
C．必须测量重物的质量
D．可以用计算，其中（为打点周期）
5．如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为M的滑块（含遮光条）和质量为m的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为、，光电门A、B之间的距离为s。滑块运动通过光电门B时，钩码未落地。（重力加速度为g）
用上述装置做“探究滑块的加速度与力的关系实验”，若。改变的值，进行多次实验，以下的取值合适的一个是___________。
A． B． C． D．
6．在“验证机械能守恒定律”实验中大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是（ ）
A．利用公式v＝gt计算重物速度 B．利用公式v＝计算重物速度
C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法
7．在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验时，除了铁架台、交流电源、刻度尺、纸带等实验器材外，必需的器材还应包括（ ）
A．停表 B．天平
C．打点计时器 D．弹簧测力计
8．《用DIS研究机械能守恒定律》的实验中，下列说法中正确的是（ ）
A．摆锤每次都必须从摆锤释放器的位置以不同的速度向下运动
B．必须测定摆锤的质量
C．摆锤下落的高度可由标尺盘直接测定
D．定位挡片的作用是改变摆锤的机械能
9．如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为M的滑块（含遮光条）和质量为m的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为、，光电门A、B之间的距离为s。滑块运动通过光电门B时，钩码未落地。（重力加速度为g）
实验中需要用到的器材有___________（填选项前的字母）。
A．天平 B．弹簧测力计 C．打点计时器 D．秒表
10．图示为“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验装置，关于这一实验，下列说法正确的是（ ）
A．实验中必须使用秒表测出重物下落的时间
B．实验中必须用天平测出重物的质量
C．实验中应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，以减小纸带与限位孔之间的摩擦
D．在实际测量中，重物减少的重力势能通常会略小于增加的动能
三课前预习
1． 错误 错误 正确
2． 合外力做功 机械能守恒
3． 14000 10640
4． 守恒 不守恒 守恒，也可能不守恒 守恒
5．
6． 2 10
7． 9100J 140N
四自我检测
参考答案：
1．C
【详解】验证机械能守恒定律的实验中，重物应选择密度大、体积小的较重物体，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲，以减小空气阻力和摩擦阻力对实验的影响，C正确，AB错误。
故选C。
2．D
【详解】A．使用打点计时器方法是先接通电源，后释放重物，故A项错误；
B．实验中验证动能的增加量和重力势能的减少量是否相等，式子两边都有质量，可以约去，实验不需要测量重物的质量，故B项错误；
C．电磁打点计时器使用的是交流电源，故C项错误；
D．实验时，因存在阻力，所以重物减少的重力势能略大于增加的动能，故D项正确。
故选D。
3．A
【详解】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，则重物减小的重力势能一部分转化为重物的动能，另一部分要克服阻力做功，即减少的重力势能大于增加的动能。
故选A。
4．B
【详解】A．物体重力势能的减少量应为
题目中看mghn，即将h1看成起点即零势能面，故hn为点n到0的距离，A错误；
B．物体动能的增加量应为
题目中看是否等于mghn，即将看成零来对待，故打初始0点时，物体速度为0，B正确；
C．式子是否等于mghn中m可以消掉，故不需测量重物的质量，C错误；
D．计算vn不能用
否则已经默认机械能守恒了，但由于起点为速度为零的点即运动的起始点，故时间
D错误。
故选B。
5．B
【详解】用上述装置做“探究滑块的加速度与力的关系实验”，设绳子拉力为T，则根据牛顿第二定律有
联立可得
即只有当时，才能将绳子拉力T近似等于钩码重力，B正确，ACD错误。
故选B。
6．C
【详解】AB．利用AB方法计算，已经认为机械能守恒，所以两者应该没有误差，故AB错误；
C．由于纸带在下落过程中，重物和空气之间存在阻力，纸带和打点计时器之间存在摩擦力，所以减小的重力势能一部分转化为动能，还有一部分要克服空气阻力和摩擦力阻力做功，故重力势能的减少量大于动能的增加量，故C正确；
D．采用多次实验的数据取平均值，是实验中常见的减小误差的方法，但题目中说大多数学生得到的实验结果相同，大多数学生都未采用取平均值的方法的可能性较低，所以结果应该由其他原因导致，故D错误。
故选C。
7．C
【详解】本实验需要测量物体下落的高度来计算重力势能，测定速度来计算物体动能增加量，故还需要打点计时器；打点计时器本身就是计时仪器，则不需要停表；要验证的关系式两边都有质量，可消掉，则不需要用天平测质量。也不需要弹簧测拉力计。
故选C。
8．C
【详解】A．摆锤每次都必须从摆锤释放器的位置由静止开始向下运动，故A错误；
B．在验证机械能守恒表达式时，由于动能表达式和重力势能表达式中均含有摆锤质量的一次项，所以可将质量约去，不必要测定摆锤的质量，故B错误；
C．摆锤下落的高度可由标尺盘直接测定，故C正确；
D．在定量研究机械能守恒定律之前需要进行定性研究的实验，实验中用到图中的定位挡片，它的作用是改变摆线的长度，来观察受到阻挡后摆锤能否摆到另外一侧接近释放时的同一高度，故D错误。
故选C。
9．A
【详解】实验需要验证钩码重力势能的减少量等于钩码和滑块动能的增加量，即验证
所以实验中需要用到天平直接测量质量，不用弹簧测力计来间接测量质量，有光电门不需要打点计时器也不需要秒表，A正确，BCD错误。
故选A。
10．C
【详解】A．我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故A错误；
B．根据，可知两边质量可以约掉，不需要测量重物的质量m，故B错误；
C．实验中应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，以减小纸带与限位孔之间的摩擦，故C正确；
D．在实际测量中，由于各种阻力的存在，重物减少的重力势能通常会略大于增加的动能，故D错误。
故选C。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
一学科核心素养
物理观念：首先从概念的角度出发，明确什么是机械能，在机械能守恒的情况下重力势能与动能之间是相互转化的，构建能量观念。
科学思维：通过纸带和打点计时器找到重力势能的减少量与动能增加量之间的关系，从而验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。
科学探究：运用动能定理推导机械能守恒定律，体会做功在能量转化过程的用途。
科学态度与责任：通过机械能守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题
二学习重难点
重点 1.掌握机械能守恒定律的推导、建立过程，理解机械能守恒定律的内容；
2.在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式。
难点 1.从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件；
2.能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒，能正确分析物体所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能。
三课前预习
1．判断下列说法的正误。
（1）合力为零，物体的机械能一定守恒。( )
（2）合力做功为零，物体的机械能一定守恒。( )
（3）只有重力做功，物体的机械能一定守恒。( )
2．由于做功会引起物体能的变化，请你用确切的概念完成下表：
做功 引起能的变化
例如重力做功 重力势能变化
____________ 动能变化
除重力（或弹力）外其它力合力做功 机械能变化
只有重力和弹力做功，其它力不做功 ____________
3．如图所示，某人乘雪橇从雪坡经A点滑至B点。接着沿水平路面滑至C点停止。人与雪橇的总质量为70kg。表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，请根据图表中的数据解决下列问题：（g取10m/s2）
位置 A B C
速度（m/s） 2 10 0
时刻（s） 0 4 10
（1）人与雪橇从A到B的过程中，重力势能变化了多少___________J；
（2）人与雪橇从A到B的过程中，损失的机械能为多少___________J。
4．关于机械能守恒：
（1）做自由落体运动的物体，机械能_________，（选“守恒”或“不守恒”）
（2）人乘电梯加速上升的过程，人的机械能_________，（选“守恒”或“不守恒”）
（3）合外力对物体做功为零时，物体的机械能可能_________，（选“守恒”、 “不守恒”或“守恒，也可能不守恒”）
（4）物体在只受重力作用的情况下，物体的机械能_________，（选“守恒”或“不守恒”）
5．如图所示，水平粗糙滑道AB与竖直面内的光滑半圆形导轨BC在B处平滑相接，导轨半径为R。一轻弹簧的一端固定在水平滑道左侧的固定挡板M上，弹簧自然伸长时另一端N与B点的距离为L。质量为m的小物块在外力作用下向左压缩弹簧（不拴接）到某一位置P处，此时弹簧的压缩量为d、由静止释放小物块，小物块沿滑道AB运动后进入半圆形轨道BC，且刚好能到达半圆形轨道的顶端C点处，已知小物块与水平滑道间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧的劲度系数为k，小物块可视为质点，则当弹簧的压缩量为___________时，小物块速度达到最大；小物块刚离开弹簧时的速度大小为___________；刚开始释放物块时，弹簧的弹性势能为___________。
6．如图所示，在高1.5m的光滑平台上有一个质量为2kg的小球被一细线拴在墙上，球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧。当烧断细线时，小球被弹出，小球落地时的速度方向与水平方向成60°角，g取10m/s2，则小球落地时的速度大小为________m/s；弹簧被压缩时具有的弹性势能为________J。
7．如图所示，某人乘雪橇从雪坡经A点滑至B点，接着沿水平路面滑至C点停止，人与雪橇的总质量为70kg。表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，根据图表中的数据可知雪橇从A到B的过程中，损失的机械能为__________；设人与雪橇在BC段所受阻力恒定，则阻力大小为___________（g＝10m/s2）
位置 A B C
速度（m/s） 2.0 12.0 0
时刻（s） 0 4 10
四自我检测
1．《验证机械能守恒定律》的实验中，对自由下落的重物，选择哪一个较好（ ）
A．只要有足够重就可以
B．只要体积足够小就可以
C．应该密度大些，同时较重，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲
2．某同学用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验，下列说法正确的是（ ）
A．应先释放纸带，再接通电源
B．必须测量重物的质量
C．电磁打点计时器使用的是直流电源
D．实验时，因存在阻力，所以重物减少的重力势能略大于增加的动能
3．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。关于实验结果，下列说法正确的是（ ）
A．减少的重力势能大于增加的动能
B．减少的重力势能小于增加的动能
C．减少的重力势能等于增加的动能
D．以上都有可能
4．用自由落体法“验证机械能守恒定律”，就是看是否等于（为计数点的编号0、1、2…）。下列说法中正确的是（ ）
A．是计数点到点1的距离
B．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零
C．必须测量重物的质量
D．可以用计算，其中（为打点周期）
5．如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为M的滑块（含遮光条）和质量为m的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为、，光电门A、B之间的距离为s。滑块运动通过光电门B时，钩码未落地。（重力加速度为g）
用上述装置做“探究滑块的加速度与力的关系实验”，若。改变的值，进行多次实验，以下的取值合适的一个是___________。
A． B． C． D．
6．在“验证机械能守恒定律”实验中大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是（ ）
A．利用公式v＝gt计算重物速度 B．利用公式v＝计算重物速度
C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法
7．在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验时，除了铁架台、交流电源、刻度尺、纸带等实验器材外，必需的器材还应包括（ ）
A．停表 B．天平
C．打点计时器 D．弹簧测力计
8．《用DIS研究机械能守恒定律》的实验中，下列说法中正确的是（ ）
A．摆锤每次都必须从摆锤释放器的位置以不同的速度向下运动
B．必须测定摆锤的质量
C．摆锤下落的高度可由标尺盘直接测定
D．定位挡片的作用是改变摆锤的机械能
9．如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为M的滑块（含遮光条）和质量为m的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为、，光电门A、B之间的距离为s。滑块运动通过光电门B时，钩码未落地。（重力加速度为g）
实验中需要用到的器材有___________（填选项前的字母）。
A．天平 B．弹簧测力计 C．打点计时器 D．秒表
10．图示为“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验装置，关于这一实验，下列说法正确的是（ ）
A．实验中必须使用秒表测出重物下落的时间
B．实验中必须用天平测出重物的质量
C．实验中应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，以减小纸带与限位孔之间的摩擦
D．在实际测量中，重物减少的重力势能通常会略小于增加的动能
三课前预习
1． 错误 错误 正确
2． 合外力做功 机械能守恒
3． 14000 10640
4． 守恒 不守恒 守恒，也可能不守恒 守恒
5．
6． 2 10
7． 9100J 140N
四自我检测
参考答案：
1．C
【详解】验证机械能守恒定律的实验中，重物应选择密度大、体积小的较重物体，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲，以减小空气阻力和摩擦阻力对实验的影响，C正确，AB错误。
故选C。
2．D
【详解】A．使用打点计时器方法是先接通电源，后释放重物，故A项错误；
B．实验中验证动能的增加量和重力势能的减少量是否相等，式子两边都有质量，可以约去，实验不需要测量重物的质量，故B项错误；
C．电磁打点计时器使用的是交流电源，故C项错误；
D．实验时，因存在阻力，所以重物减少的重力势能略大于增加的动能，故D项正确。
故选D。
3．A
【详解】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，则重物减小的重力势能一部分转化为重物的动能，另一部分要克服阻力做功，即减少的重力势能大于增加的动能。
故选A。
4．B
【详解】A．物体重力势能的减少量应为
题目中看mghn，即将h1看成起点即零势能面，故hn为点n到0的距离，A错误；
B．物体动能的增加量应为
题目中看是否等于mghn，即将看成零来对待，故打初始0点时，物体速度为0，B正确；
C．式子是否等于mghn中m可以消掉，故不需测量重物的质量，C错误；
D．计算vn不能用
否则已经默认机械能守恒了，但由于起点为速度为零的点即运动的起始点，故时间
D错误。
故选B。
5．B
【详解】用上述装置做“探究滑块的加速度与力的关系实验”，设绳子拉力为T，则根据牛顿第二定律有
联立可得
即只有当时，才能将绳子拉力T近似等于钩码重力，B正确，ACD错误。
故选B。
6．C
【详解】AB．利用AB方法计算，已经认为机械能守恒，所以两者应该没有误差，故AB错误；
C．由于纸带在下落过程中，重物和空气之间存在阻力，纸带和打点计时器之间存在摩擦力，所以减小的重力势能一部分转化为动能，还有一部分要克服空气阻力和摩擦力阻力做功，故重力势能的减少量大于动能的增加量，故C正确；
D．采用多次实验的数据取平均值，是实验中常见的减小误差的方法，但题目中说大多数学生得到的实验结果相同，大多数学生都未采用取平均值的方法的可能性较低，所以结果应该由其他原因导致，故D错误。
故选C。
7．C
【详解】本实验需要测量物体下落的高度来计算重力势能，测定速度来计算物体动能增加量，故还需要打点计时器；打点计时器本身就是计时仪器，则不需要停表；要验证的关系式两边都有质量，可消掉，则不需要用天平测质量。也不需要弹簧测拉力计。
故选C。
8．C
【详解】A．摆锤每次都必须从摆锤释放器的位置由静止开始向下运动，故A错误；
B．在验证机械能守恒表达式时，由于动能表达式和重力势能表达式中均含有摆锤质量的一次项，所以可将质量约去，不必要测定摆锤的质量，故B错误；
C．摆锤下落的高度可由标尺盘直接测定，故C正确；
D．在定量研究机械能守恒定律之前需要进行定性研究的实验，实验中用到图中的定位挡片，它的作用是改变摆线的长度，来观察受到阻挡后摆锤能否摆到另外一侧接近释放时的同一高度，故D错误。
故选C。
9．A
【详解】实验需要验证钩码重力势能的减少量等于钩码和滑块动能的增加量，即验证
所以实验中需要用到天平直接测量质量，不用弹簧测力计来间接测量质量，有光电门不需要打点计时器也不需要秒表，A正确，BCD错误。
故选A。
10．C
【详解】A．我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故A错误；
B．根据，可知两边质量可以约掉，不需要测量重物的质量m，故B错误；
C．实验中应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，以减小纸带与限位孔之间的摩擦，故C正确；
D．在实际测量中，由于各种阻力的存在，重物减少的重力势能通常会略大于增加的动能，故D错误。
故选C。
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