最新人教版高中物理必修2第七章《实验：验证机械能守恒定律》自主广场

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1.（1）用公式221mv =mgh 时，对纸带上起点的要求是__________________________________，为此，所选择的纸带第一、二两点间距离应接近____________________________________.
（2）若实验中所用重物质量m=1 kg ，打点纸带如图5-9-2所示，打点时间间隔为0.02 s ，则记录B 点，重物的速度v B =________________，重物动能E kB =________________.从开始下落到至B 点，重物的重力势能减少量是________________________________，因此可得出的结论是__________________________________________________________________________.
（3）根据纸带算出相关各点的速度v ，量出下落距离h ，则以2
2
v 为纵轴，以h 为横轴画出的图线应是如图5-9-3中的_____________________________________________________.
图5-9-2
图5-9-3
思路解析：（1）若重物是从初速度为零开始下落，由自由落体运动规律s=
221gt ，t 取0.02 s ，g 取9.8 m/s 2，可计算得s=1.96 mm≈2 mm.
（2）由匀变速直线运动规律可知
v B =AC/2T ，E kB =22
1B mv ，ΔE pB =mgOB 由此可求得v b =0.59 m/s ；E kB =0.17 J ；ΔE pB =0.17 J
在实验误差范围内，重物动能的增加等于重物重力势能的减少.
（3）因为221mv =mgh ，约去m ，得22v =gh ，所以h v 2
2
图象应是一条过原点的有斜率的
直线，直线的斜率大小等于g ，所以，C 正确.
答案：（1）清晰的点 2 mm （2）0.59 m/s 0.17 J 0.17 J 重物动能的增加等于重物重力势能的减少（3）C
2.一根长为L 、质量不计的硬杆OA ，杆的中点C 及A 端各固定一个质量均为m 的小球，杆、球系统可在竖直平面内绕O 端的水平轴转动，如图5-9-4所示.若开始时杆处于水平位置，并由静止释放，当该系统在转动过程中通过竖直位置时，A 端小球的速度v a 为多大，中点小球的机械能比在水平位置时减少了多少？
图5-9-4
思路解析：在转动过程中，A 、C 两球的角速度相同，设A 球的速度为v A ，C 球的速度为v C ，则有
v A =2v C ①
以A 、C 和杆组成的系统机械能守恒，由机械能守恒定律，并选最低点为零势能参考平面，则有
E 1=mg·L+mg·L=2mgL ，E 2=mg
2221212C A mv mv L ++ E 1=E 2
即2mgL=mg 222
122C A v v L L ++ ② ①②两式结合可以求出v A =gL 5
12 V C =gL 5
3 小球C 的机械能减少量为 E=mg·L-(mg
2212C v L +)=51mgL. 答案：5
1mgL 3.在一次实验中，质量m=1 kg 的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图5-9-5所示，（相邻计数点时间间隔为0.02 s ），单位cm ，那么
图5-9-5
（1）纸带的__________________端与重物相连；
（2）打点计时器打下计数点B 时，物体的速度v B =__________________.
（3）从起点O 到打下计数点B 的过程中重力势能减少量是ΔE p =__________________，此过程中物体动能的增加量ΔE k __________________（g 取9.8 m/s 2）.
（4）通过计算，数值上ΔE p _______ΔE k （填“>”“<”或“=”），这是因为__________________.
（5）实验的结论是_____________________________________________________________. 思路解析：（1）物体下落做自由落体运动，距离变大，所以左端挂重物.
（2）v B =T
AC v 2=. （3）ΔE p =mgΔh ΔE k =
2022121mv mv t -. （4）因为实验中纸带与打点计时器之间有阻力，所以ΔE p ≠ΔE k .
（5）实验数据虽然有些误差，但是在允许的范围.
答案：（1）左
（2）0.98 m/s
（3）0.49 J 0.48 J
（4）> 实验中有阻力
（5）在误差允许的范围内机械能守恒
4.在“利用自由落体验证机械能守恒定律”的实验中，由于运动的初始阶段计时器打出的一些点子模糊不清，故必须选择比较清楚的点作为测量起点，今所选的测量范围的第一点在米尺上的位置为x 1，第四点在米尺上的位置为x 2，第七点在米尺上的位置为x 3，第十点在米尺上的位置为x 4.若下落物体的质量为m ，打点计时器每隔T 秒打一点，则可利用上述数据求出物体从第四点到第七点一段过程中，势能的减少量是____________________________________，动能的增加量是____________________________________.
思路解析：ΔE p =mgΔh
ΔE k =2022
121mv mv t -. 答案：mg(x 3-x 2) m ［(x 4-x 2)2-(x 3-x 1)2］/72T 2
5.为了测定一根轻弹簧压缩最短时能储存的弹性势能的大小，可将弹簧固定在一带有光滑凹槽的轨道一端，并将轨道固定在水平桌面的边缘上，如图5-9-6所示，用钢球将弹簧压缩至最短，然后突然释放，钢球将沿轨道飞出桌面，实验时：
图5-9-6
（1）需要测定的物理量______________________________________________________
（2）计算弹簧最短时弹性势能的关系式是E p =__________________.
思路解析：小球做平抛运动，h=221gt 得t=g
h 2 水平位移s=v 0t v 0=t
s
弹簧的弹性势能转化成小球的动能
即ΔE p =ΔE k =02
120-mv 综上所述，解得：E p =h
m gs 42
. 答案：（1）桌高h 、小球平抛运动中的水平位移s 、小球的质量m
（2）mgs 2/4h
我综合 我发展
6.在纸带上任取相邻的三个点，按顺序依次记作A 、B 、C ，量出AC 的距离s ，OB 间距离h （O 为开始下落时打的点，即起始点），相邻两点间的时间间隔为T ，如何用以上条件验证机械能守恒定律？
思路解析：由纸带上相邻三点A 、B 、C 及AC 间距s ，可求出打B 点时速度v B =T s 2，由OB 间距离h ，可算出从O 到B 重力势能减少量mgh ，由v B 算出从O 到B 动能增加量22222842121T ms T s m mv B ==，只要满足mgh=2
2
8T m s ，则机械能守恒.。