鲁科版（2019）高中物理必修第二册导学案1.5科学验证：机械能守恒定律

科学验证：机械能守恒定律
【学习目标】
1．知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化；
2．理解机械能守恒定律的内容；
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；
4．理解能量守恒定律，能列举、分析生活中能量转化和守恒的例子。
【学习重点】
1．理解机械能守恒定律的内容；
2．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。
【学习难点】
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。
【学习过程】
一、机械能守恒定律
1．机械能的定义：_________________________________________统称为机械能。
动能和势能都是______量、_______量，某状态的机械能E也是_____量、______量。同一状态的动能和势能之和为该状态的机械能，即E＝______________。
[注意]不同时刻或状态的动能与势能之和不表示机械能。
2．举例说明动能和重力势能之间可相互转化
3．举例说明动能和弹性势能之间可相互转化
二、验证机械能守恒定律
1．思考如下几个问题：
（1）该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是第一点O为计时起点，O点的速度应为零。怎样判别呢？
（2）是否需要测量重物的质量？
（3）在架设打点计时器时应注意什么？为什么？
（4）实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？为什么？
（5）测量下落高度时，某同学认为都必须从起始点算起，不能弄错。他的看法正确吗？为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好，还是近些好？
2．数据处理：
（1）如何求出A点的瞬时速度vA？
（2）如何确定重物下落的高度？
3．机械能守恒定律的推导：
如下图所示，设一个质量为m的物体自由下落，经过高度为h1的A点（初位置）时速度为v1，下落到高度为h2的B点（末位置）时速度为v2。
4．对定律的理解
机械能守恒定律说明了机械能中的动能和势能这两种形式的能量在一定条件下可以相互转化，同时还说明了动能和势能在相互转化的过程中所遵循的规律，即总的机械能保持不变。
5．机械能守恒的条件
只有____________对物体做功时物体的机械能守恒
所谓只有重力做功，包括两种情况：
a．_____________________________________________；
b．_____________________________________________。
【巩固练习】
一、选择题
1．在验证机械能守恒定律的实验中，需要测量的是重物的（ ）
A．质量 B．下落高度
C．下落时间 D．瞬时速度
2．下图中物体m机械能守恒的是（均不计空气阻力）（ ）
3．如果只有重力对物体做功，则下列说法中正确的是（ ）
A．重力对物体做正功，物体的机械能增加
B．重力对物体做负功，物体的机械能不变
C．重力对物体做正功，物体的动能增加
D．重力对物体做负功，物体的重力势能减少
38995357245354．如图所示，小球的质量为m，自光滑的斜槽的顶端无初速度滑下，沿虚线轨迹落地，不计空气阻力，则小球着地瞬间的动能和重力势能分别是（选取斜槽末端切线所在平面为参考平面）（ ）
A．mg（h＋H），－mgh
B．mg（h＋H），mgh
C．mgH，0
D．mgH，－mgH
46323254337055．某同学在做“验证机械能守恒定律”的实验时，采用如图所示的装置，进行了如下一些操作，该同学的以下做法正确的是（ ）
A．用天平称出重物的质量
B．使用计时器打点时，先放开纸带，后接通电源
C．从打上点的纸带中挑出点迹清晰的纸带进行测量
D．用所选纸带求打某点对应的重物下落的速度v时，用v=gt计算，其中t为从打第1点到打该点的时间间隔，g为当地的重力加速度
6．一物体从高h处自由下落，不考虑空气阻力，落至某一位置时其动能与重力势能恰好相等（取地面为参考平面），则（ ）
A．此时物体所处的高度为h2
B．此时物体的速度为gh
C．物体下落的时间为hg
D．此时机械能可能小于mgh
7．一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低点时距水面还有数米距离。假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点。下列说法不正确的是（ ）
A．运动员到达最低点前重力势能始终减小
B．蹦极绳张紧后的下落过程中，弹力做负功，弹性势能增加
C．蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒
D．蹦极过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取有关
8．如图，游乐场中，从高处A到水面B处有两条长度相同的光滑轨道。甲、乙两小孩沿不同轨道同时从A处自由滑向B处，下列说法正确的有（ ）
386397587630A．甲的切向加速度始终比乙的大
B．甲、乙在同一高度的速度大小相等
C．甲、乙在同一时刻总能到达同一高度
D．甲比乙先到达B处
二、非选择题
9．某研究性学习小组在做“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50Hz，查得当地的重力加速度g＝9.8m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg。
（1）下列叙述正确的是________。
A．应该用天平称出重物的质量
B．可选用点迹清晰，第一、二两点间的距离接近2mm的纸带来处理数据
C．操作时应先松开纸带再通电
D．打点计时器应接在电压为4～6V的交流电源上
（2）实验中甲、乙、丙三学生分别用同一装置得到三条点迹清晰的纸带，量出各纸带上第一、二两点间的距离分别为0.18cm、0.19cm、0.25cm，则可肯定________同学在操作上有错误，错误是____________________________________________________。
（3）若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O间的距离分别为15.55cm、19.20cm和23.23cm。则当打点计时器打点B时重物的瞬时速度v＝________m/s；重物由O到B过程中，重力势能减少了________J，动能增加了________J（保留3位有效数字），根据所测量的数据，还可以求出重物实际下落的加速度为________m/s2，则重物在下落的过程中所受的阻力为________N。
10．如图所示，一固定的楔形木块，其斜面的倾角θ＝30°，另一边与地面垂直，顶上有一定滑轮，一柔软的细线跨过定滑轮，两端分别与物块A和B连接，A的质量为4m，B的质量为m。开始时将B按在地面上不动，然后放开手，让A沿斜面下滑而B上升。物块A与斜面间无摩擦，设当A沿斜面下滑s距离后，细线突然断了，求物块B上升的最大高度H。
答案：
1．BD
2．CD
3．BC
4．A
5．C
6．ABC
7．D
8．BD
9．（1）BD
（2）丙 先松开了纸带，再接通了电源
（3）1.92 1.88 1.84 9.5 0.3
10．1.2s