人教版(新课程标准)学业水平测试物理考前冲刺第十三讲 验证机械能守恒与应用 学案(含答案)

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名称 人教版(新课程标准)学业水平测试物理考前冲刺第十三讲 验证机械能守恒与应用 学案(含答案)
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资源类型 试卷
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2019-12-27 18:01:13

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第十三讲 验证机械能守恒
1、探究功与速度变化的关系
一、实验:探究功与速度变化的关系
1.实验目的:
(1)探究功与物体速度变化的关系.
(2)感悟实验方案的设计和实验数据的处理方法.
2.实验的方法:如图所示,依次用1根、2根、3根…同样的橡皮筋与物体相连接,并且每次将橡皮筋拉伸相同的长度,这样操作,无须计算就可知道橡皮筋对物体所做的功依次为W、2W、3W…

而每次橡皮筋对物体做功后的速度,可用打点计时器测出.
3.实验器材:本实验需要的器材有:打点计时器(含纸带、学生电源、复写纸、连接导线)、同种橡皮条(10根)、小车、长木板、钉子、刻度尺.
4.实验步骤:
(1)按图连接好器材.橡皮筋的一端套在小车上,另一端套在钉子上,第一次用两根橡皮筋.将长木板倾斜一个角度,使重力沿斜面向下的分力平衡小车受到的摩擦力.
(2)将小车拉到靠近打点计时器的位置(在橡皮筋弹性限度内),并标记下此位置;接通电源后松手.
(3)换上纸带,并在纸带上做好标记,每次加接两根橡皮筋,然后将小车拉到同一位置,接通电源后松手.依次再做四次.
(4)根据纸带求橡皮筋对小车做功后的速度.在每条纸带上找出点间间距相等的那部分,它记录的是小车做匀速运动的情况,如图所示的计数点B、E、C部分.用刻度尺量出计数点B、C之间的距离d,设相邻两计数点间的时间间隔为T,那么,橡皮筋对小车做功后的速度:vi=.

(5)分析测量数据得出实验结论.根据实验所得数据Wi与vi,猜想Wi与vi的关系,先看它们是否满足最简单的正比关系,即:Wi∝vi.接着再猜想Wi∝vi2?大致成立后,再作Wi﹣vi2图进行验证.
5.实验结论:Wi∝vi2.
6.实验中应注意事项
(1)平衡摩擦力:实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用,为了保证橡皮筋对物体的功就是合外力的功,必须设法排除摩擦力的影响.可采用将木板一端垫高的方法来实现.将木板一端垫高,让自由小车(不系橡皮筋时)能在木板上匀速运动,使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡,就消除了摩擦力的影响.
(2)每次实验所用的每条橡皮筋,其长度、材料和粗细都应是相同的,并且橡皮筋拉伸的长度都保持一致.
(3)打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀,应选点间间距相等的一段纸带来计算小车的速度,因这一小段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形.
常见题型一:探究功与速度变化的关系
例题1:在“探究功与速度变化的关系”实验中,某同学利用实验数据在坐标纸上画出四张W﹣v2关系图线,其中作图正确的是(  )
A. B.
C. D.
例题2:某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验如图,图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行,这时,橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.
(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和   电源(填“交流”或“直流”).
(2)实验中,小车会受到摩擦阻力的作用,可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力,则下面操作正确的是   .
A.放开小车,能够自由下滑即可不是 B.放开小车,能够匀速下滑即可
C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可 D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可
(3)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是   .
A.橡皮筋处于原长状态 B.橡皮筋仍处于伸长状态
C.小车在两个铁钉的连线处 D.小车已过两个铁钉的连线.

跟踪训练1:探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图所示,实验主要过程如下:
(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…;
(2)分析打点计时器打出的纸带,求出小车的速度v1、v2、v3、…;
(3)作出W﹣v草图;
(4)分析W﹣v图象.如果W﹣v图象是一条直线,表明W∝v;如果不是直线,可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∞等关系.
以下关于该实验的说法中有一项不正确,它是(  )

A.本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、….所采用的方法是选用同样的橡皮筋,并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致.当用1条橡皮筋进行实验时,橡皮筋对小车做的功为w,用2条、3条、…橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…实验时,橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、…
B.小车运动中会受到阻力,补偿的方法,可以使木板适当倾斜
C.某同学在一次实验中,得到一条记录纸带.纸带上打出的点,两端密、中间疏.出现这种情况的原因,可能是没有使木板倾斜或倾角太小
D.根据记录纸带上打出的点,求小车获得的速度的方法,是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算
跟踪训练2:某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验,如图1所示。图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行,这时,橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。

(1)除了图1中己有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和   电源(填“交流”或“直流”)
(2)实验中,小车会受到摩擦阻力的作用,可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力,则下列操作正确的是   。
A.放开小车,能够自由下滑即可
B.放开小车,能够匀速下滑即可
C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可
D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可
(3)在正确操作情况下,打在纸带上的点,并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的   部分进行测量(根据图2所示的纸带回答)。
2、探究、实验:用打点计时器验证机械能守恒定律
实验目的:验证物体做自由落体运动过程中机械能守恒。
实验原理:
在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能和动能相互转化,但总的机械能守恒,若物体某时刻即时速度为v,下落高度为h,恒有: mgh=________
测出重物下降的高度h,借助________打出的纸带上的点的相关信息,算出该时刻的瞬时速度v,即可验证机械能守恒定律。
测定第n点的即时速度的方法是:测出第n点的相邻的前、后两段相等时间T内下落的距离由下列公式算出: Vn=________
实验注意事项:
打点计时器是一种使用______电源的仪器,当交流电的频率为50Hz时,每隔____s打一次点,电磁打点计时器的工作电压是10V以下,而电火花计时器的工作电压是220V
用公式mv2/2=mgh验证机械能定恒定律,所选纸带1、2两点间距应接近____mm
器材中不需要____和___
实验时,必须先__________,让打点记时器工作正常后才松开纸带让重锤下落.
误差分析:由于重锤克服阻力作功,所以动能增加量略____ (大于、小于)重力势能减少量。
常见题型一:验证机械能守恒
例题1:用图示装置验证机械能守恒定律,由于电火花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的阻力,这样实验造成的结果是(  )
A.重力势能的减小量明显大于动能的增加量
B.重力势能的减小量明显小于动能的增加量
C.重力势能的减小量等于动能的增加量
D.以上几种情况都有可能
例题2:在验证机械能守恒定律的实验中,打点计时器所用的电源的频率为50Hz,当地的重力加速度的值为9.80m/s2,测得所用重锤的质量为1.00kg。有如下可供选择的实验器材:铁架台,电火花打点计时器,纸带,电源,秒表等。
(1)其中不必要的器材是   ,在实验数据处理时,得到重锤动能的增量总小于重锤势能的减少量,其原因可能是:   。
(2)若按实验要求正确地选出纸带进行测量,量得某处开始连续三点A、B、C到第一个点O的距离分别为15.55cm、19.20cm和23.23cm,则当打下点B时,重锤的重力势能减小量为   J.(保留三位有效数字)。
跟踪训练1: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,这样会导致实验结果(  )
A.mgh> B.mgh<
C.mgh= D.以上均有可能
跟踪训练2:用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验.
(1)为进行该实验,备有下列器材可供选择:
A铁架台、B电磁打点计时器、C复写纸片、D纸带、E低压直流电源、F天平、G秒表、H导线、I重锤.
其中不必要的器材是   (填对应的字母).缺少的器材是   .
(2)若实验中所用重物的质量m=1kg,打点时间间隔为0.02s,打出的纸带如图所示,O为起点,A、B、C、D为相邻的几点,测的OA=0.78cm、OB=1.79cm、OC=3.14cm、OD=4.90cm,查出当地的重力加速度g=9.80m/s2,则重物在B点时的动能EAB=   J.从开始下落到B点的过程中,重物的重力势能减少量是   J,由此得出的结论是   .

巩固练习
1.如图所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,下列说法中正确的是(  )
A.打点计时器应接直流电源
B.应先释放纸带,后接通电源打点
C.需使用秒表测出重物下落的时间
D.测出纸带上两点迹间的距离,可知重物相应的下落高度
2.如图是某同学在“用电磁打点计时器验证机械能守恒定律”实验中打下的一条纸带,A、B、C、D、E是连续打出的五个点,A点到其他四个点间的距离如图所示,打点周期为0.02s,则打D点时重物的速度是(  )

A.0.39m/s B.0.49m/s C.0.60m/s D.0.81m/s
3.在“探究功与速度变化的关系”实验中,某同学设计了如图甲所示的实验方案:使小物块在橡皮筋的作用下沿水平桌面被弹出,第二次、第三次…操作时分别改用2根、3根、…同样的橡皮筋将小物块弹出.测出小物块被弹出时速度,然后找到牵引力对小物块做的功与小物块速度的关系.

(1)要测得小物块被弹出后的水平速度,需要测量哪些物理量:   (填正确答案标号,g已知).
A.小物块的质量m B.橡皮筋的原长x
C.橡皮筋的伸长量△x D.桌面到地面的高度h
E.小物块抛出点到落地点的水平距离L
(2)用测量的物理量表示获得速度大小的表达式
(3)能够实现橡皮筋对小物块做功整数倍变化的是   
A.增加相同橡皮盘的条数,使小物块每次从同位置释放
B.橡皮筋两端固定,使橡皮筋的伸长量依次加倍
C.橡皮筋两端固定,使橡皮筋的长度依次加倍
D.释放小物块的位置等间距的变化
(4)根据实验数据做出W﹣v2的图象如图乙所示,图线不通过原点的原因是   .
课堂作业
一.选择题(共2小题)
1.在“探究合外力做功和动能变化的关系”的实验中,合外力对物体做功用W表示,物体的速度用v表示,根据实验数据作出了如图所示的W﹣v图象,下列符合实际的是(  )
A. B.
C. D.
2.利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案,其中正确的方案是(  )

A.用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度v
B.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=计算出瞬时速度v
C.根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v,并通过h=计算得出高度h
D.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v
二.填空题(共2小题)
3.某同学用下面的方法做“探究功与速度变化的关系”的实验.
将足够长的木板固定在水平的桌面上,在木板虚线PP′上钉两个钉子,木块上钉一个钉子,橡皮筋两端分别固定在木板的钉子上.现将木块拉至虚线OO′处,释放木块,设其前端到达PP′时速度为v,木块离开橡皮筋后滑行的距离为s.

(1)如果用一根橡皮筋将木块拉到OO′处,释放木块,橡皮筋对木块做的功为W,那么,当把三根相同的橡皮筋并起来将木块拉到OO′处,释放木块,橡皮筋对木块所做的功为   ;(图中两虚线间距离很小,摩擦不计)
(2)木块离开橡皮筋后在木板上做   
A.匀速直线运动 B.先加速后匀速运动 C.匀减速直线运动 D.先减速后匀速运动
(3)用1,2,3,4,5根橡皮筋分别对木块做功,测得木块离开橡皮筋后滑行的距离为s1,s2,s3,s4,s5.以橡皮筋对木块做的功W为纵坐标,以滑行的距离s为横坐标,作出W﹣s图象是过原点的直线,那么W与v的关系是   .
4.如图1所示,将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,利用此装置可以测定重力加速度.

(1)所需器材有:电磁打点计时器、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物,此外还需   (填字母代号)中的器材.
A.直流电源 B.天平及砝码 C.4﹣6V交流电源 D.毫米刻度尺
(2)实验中得到的一条纸带如图2所示,图中五个数据中不符合有效数字要求的一组数据应改为   cm;物体在打下点D时的速度大小为   m/s.物体的加速度大小为   m/s2.该实验中测得的重力加速度偏小,其主要原因是   .
 
参考答案
1、探究功与速度变化的关系
常见题型一
例题1:A
例题2: (1)交流(2)D(3)B
跟踪训练1:D
跟踪训练2: (1)交流(2)D(3)GK
2、探究、实验:用打点计时器验证机械能守恒定律
常见题型一
例题1:A
例题2: (1)秒表,重锤下落时要克服摩擦阻力和空气阻力等做功(2)1.88J
跟踪训练1:A
跟踪训练2: (1)EFG,刻度尺(2)0.174,0.175,在误差允许的范围内,做自由落体运动的重锤的机械能守恒。
巩固练习
BD,D
3.(1)DE
(2)v=L
(3)A
(4)物体在桌面上运动时要克服摩擦力做功
课堂作业
选择题
CD
二.填空题
3.(1)3W
(2)C
(3)W正比于v2
4.(1)CD
(2)2.00,1.4825,9.625,实验中存在摩擦力及空气阻力。


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