高中物理 第七章 机械能守恒定律 第九节 实验验证机械能守恒定律自我小测 新人教版必修2.docx

高中物理 第七章 机械能守恒定律 第九节 实验验证机械能守恒定律自我小测 新人教版必修2.docx

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高中物理第七章机械能守恒定律第九节实验验证机械能守恒定律自我小测新人教版必修2

2019-2020年高中物理第七章机械能守恒定律第九节实验：

验证机械能守恒定律自我小测新人教版必修2

1．某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是（　　）

A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源上

B．将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度

C．先释放纸带，再接通电源

D．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据

2．在“验证机械能守恒定律”的实验中，某同学依据纸带求得相关各点的瞬时速度，以及与此相对应的下落距离h，以v2为纵轴，以h为横轴，建立坐标系，描点后画出变化图线，从而验证机械能守恒定律，若所有操作均正确，则得到的v2h图象应是下图中的（　　）

3．利用图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v0

4．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。

频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表（当地重力加速度取10m/s2，小球质量m＝0.2kg，结果保留三位有效数字）：

时刻

t2

t3

t4

t5

速度（m/s）

5.59

5.08

4.58

（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s。

（2）从t2到t5时间内，重力势能增加量ΔEp＝________J，动能减小量ΔEk＝________J。

（3）在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律。

由上述计算得ΔEp________ΔEk（选填“＞”“＜”或“＝”），造成这种结果的主要原因是________________________________________________________________________。

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，可以将弹簧固定在一带有凹槽轨道的一端，并将轨道固定在水平桌面边缘上，如图所示，用钢球将弹簧压缩至最短，最后突然释放，钢球将沿轨道飞出桌面，实验时

（1）需要测定的物理量为____________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）计算弹簧最短时弹性势能的关系式是Ep＝________。

6．用如图甲实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。

m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。

图乙给出的是实验中获取的一条纸带：

0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。

已知m1＝50g，m2＝150g，打点计时器工作频率为50Hz，则（g取10m/s2，结果保留两位有效数字）：

甲

（1）在纸带上打下计数点5时的速度v＝________m/s；

（2）在打0～5的过程中系统动能的增量ΔEk＝______J，系统势能的减少量ΔEp＝________J，由此得出的结论是_____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）若某同学作出

v2h图象如图丙所示，则当地的重力加速度g′＝________m/s2。

参考答案

1．解析：

使用打点计时器的实验均需先接通电源且打点稳定时才能松开纸带。

答案：

C

2．解析：

mv2＝mgh得v2＝2gh，所以v2∝h，所画v2h图象是一通过原点的直线。

答案：

C

3．答案：

D

4．解析：

（1）v5＝

cm/s＝408cm/s＝4.08m/s。

（2）由题给条件知：

h25＝（26.68＋24.16＋21.66）cm＝72.5cm＝0.725m。

ΔEp＝mgh25＝0.2×10×0.725J＝1.45J

ΔEk＝

mv

－

mv

＝

×0.2×（5.592－4.082）J＝1.46J

（3）由

（2）中知ΔEp＜ΔEk，因为存在空气摩擦等原因，导致重力势能的增加量小于动能的减少量。

答案：

（1）4.08　

（2）1.45　1.46　（3）＜　原因见解析

5．解析：

（1）需要测定的物理量有：

钢球质量m、桌面高度h、钢球落点与飞出点的水平距离s。

（2）弹簧最短时的弹性势能全部转化为钢球平抛时的初动能，Ep＝

mv

，而根据平抛运动规律有：

h＝

gt2，s＝v0t得，v0＝

，

故Ep＝

mv

＝

。

答案：

（1）钢球质量m、桌面高度h、钢球落点与飞出点的水平距离s　　

（2）

6．解析：

（1）在纸带上打下计数点5时的速度大小为

v＝

＝

×10－2m/s＝2.4m/s

（2）在打点0～5过程中系统动能的增量为

ΔEk＝

m1v2＋

m2v2－0＝

×50×10－3×2.42J＋

×150×10－3×2.42J－0≈0.58J

系统重力势能的减少量为

ΔEp＝m2gh05－m1gh05＝150×10－3×10×（38.40＋21.60）×10－2J－50×10－3×10×（38.40＋21.60）×10－2J＝0.60J

实验结果表明，在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统重力势能的减少量等于动能的增加量，即系统的机械能守恒。

（3）m1、m2组成的系统机械能守恒，则

m2g′h－m1g′h＝

m2v2＋

m1v2－0，整理得v2＝g′h

可见，重力加速度g′大小等于

h图象斜率的2倍，则

g′＝2×

m/s2＝9.7m/s2。

答案：

（1）2.4　

（2）0.58　0.60　在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒　（3）9.7

2019-2020年高中物理第七章机械能守恒定律第二节功教案新人教版必修2

课时：

一课时教师：

教学重点

理解功的概念及正、负功的意义．

教学难点

利用功的定义解决有关问题．

三维目标

知识与技能

1．理解功的概念，能利用功的一般公式进行功的计算．

2．理解总功，能计算合外力对物体所做的总功．

3．理解功是能量转化的量度，并能举例说明．

过程与方法

1．能从现实生活中发现与功有关的问题．

2．体会科学研究方法对人类认识自然的重要作用．

3．能运用功的概念解决一些与生产和生活相关的实际问题．

情感、态度与价值观

有参与科技活动的热情，有将功的知识应用于生活和生产实际的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题．

教学过程：

导入新课

练习：

放在光滑水平面的物体质量m=10kg，受到一水平向右的拉力F=10N作用，从静止开始运动，求物体5s末的速度。

思考：

①物体有了速度我们可以认为物体具有了什么能量？

②在本题中力与能量之间有何关系，如果力与运动方向相反，又会如何？

一、日常生活中的能量

1、能量随处可见

（1）动能：

物体由于运动而具有的能量

（2）势能：

相互作用的物体凭借其位置而具有的能量

重力势能：

物体由于被举高而具有的能量

弹性势能：

物体由于被挤压或拉伸而具有的能量

2、做功改变了物体的能量

货物在起重机的作用下重力势能增加

列车在机车牵引力的作用下动能增加了握力器在手的压力下弹性势能增加

二、阅读《功》部分，讨论：

1、一个物体受到了力的作用，这个力就一定对物体做功对吗？

物体在一定的时间内发生了位移，就一定有力对物体做功吗？

2、物体受到了力的作用，而且物体在一定时间内也发生了位移，该力就一定对物体做功吗？

3、试总结：

什么是功?

力对物体做功必须满足什么条件?

如何理解物体的位移和物体在力的方向发生的位移?

二、功

1、条件：

力和物体在力的方向上发生的位移，是做功的两个不可缺少的因素。

只有力，没有位移，故力不做功。

力与位移方向相同，力做功。

力与位移方向垂直，在竖直方向上有力但没有位移故力不做功

2、推导功的表达式：

（1）如果力的方向与物体的运动方向一致，该怎样计算功呢？

物体m在水平力F的作用下水平向前行驶的位移为S，如图甲所示，求力F对物体所做的功。

（2）如果力的方向与物体的运动方向成某一角度，该怎样计算功呢？

（3）把力F分解后，分别算出两分力所做的功然后加起来就等于力F所做的功，这是为什么？

（4）恒力对物体做功的一般表达式

W=Fscosα中各项所代表的意义分别是什么？

（5）功的物理意义?

功的单位是什么？

（6）功是标量还是矢量？

二、功的概念

1、功的定义：

物体受到力的作用，并且在力的方向上发生一段位移，就叫做力对物体做了功。

力和在力的方向上发生的位移是做功的两个不可缺少的因素。

2、恒力对物体

做功的公式：

W=FScosα（α是力的方向与位移方向的夹角）

辨认力的方向与位移方向的夹角

2、恒力对物体做功的公式：

W=FScosα

（其中F为恒力，S为相对地面的位移，α为力的方向和位移方向的夹角）

物理意义：

力F对物体所做的功等于力的大小、位移S的大小，力和位移之间夹角α的余弦这三者的乘积。

3、功的物理意义：

描述力在空间上的积

累效果

4、单位：

焦（J）

下图表示物体在力F作用下在水平面上发生一段位移s,试分别计算在这三种情况下力F对物体所做的功，设在这三种情况下力、位移的大小都相同：

F=10N,s=2m,角θ的大小如图中所示。

拓展讨论：

甲和丙图中力F做的功相同，那么力F对物体产生的效果有什么不同呢？

物体对地产生的压力不同

三、正功和负功

阅读教材正功和负功，讨论：

（1）物体受到了力也在发生位移，什么时候力不做功？

什么时候做正功？

什么时候做负功？

（2）什么功能使物体速度大小变大？

什么功可使物体速度大小变小？

（3）关于力对物体做负功的两种意义等同的说法是什么？

（4）当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做

的总功如何求解?

总功与合力做功有什么关系？

情形

（一）

如小球在水平桌面上运动时，重力G和支持力FN都跟位移方向垂直，这两个力不做功。

（1）当α=π/2时，cosα=0，W=0。

这表示力F的方向跟位移的方向垂直，力F不做功。

情形

（二）

（２）当α＜π/2时，cosα＞0，W＞0。

这表示力F对物体做正功，力F充当动力角色，使物体运动加快，向物体输入能量。

如人用力拉车前进时，人的拉力Ｆ对车做正功。

情形（三）

（３）当π/2＜α≤π时，cosα＜0，W＜0。

力F充当阻力角色，使物体运动减慢，向外输出能量。

如推着小车跑动的人，到达目的地减速时，人向后拉车的力Ｆ对车做负功。

一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做了正功（取绝对值）。

小结：

1、正功：

意味着动力做功，能量增加过程，负功：

意味着阻力做功，能量减少过程。

2、功的正负由力和位移之间的夹角决定。

3、功是一个标量

4、力对物体做负功（-FS）物体克服力F做（正）功（FS）

5、当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的总功等于这几个力的合力对物体所做的功。

例：

一个质量m＝150kg的雪橇，受到与水平方向成θ＝37°角斜向上方的拉力F＝500N，在水平地面上移动的距离l＝5m，雪橇与地面间的滑动摩擦力

F阻＝100N，求力对雪橇所做的总功。

1、对物体进行受力分析；

2、讨论有几种求解方法。

求力对物体所做的总功有两种方法：

（1）分别求出每个力所做的功，然后求出所有功的代数和。

即：

W总=W1+W2+……+Wn

（2）、先求出物体所受的合力，然后再求出合力的功，即：

W总=F合Scosα

练习：

质量为m＝2kg的物体在水平地面上，受到与水平面成θ＝37°，大小F1＝10N的拉力作用，移动的距离l＝2m，已知：

物体与地面的动摩擦因数μ＝0.3，g为10m/s2，求：

①拉力F1对物体所做的功；

②摩擦力F2对物体所做的功；

③重力G对物体所做的功；

④弹力F3对物体所做的功；

⑤合外力F对物体所做的总功.

课堂小结

通过本节课的学习，我们了解以下知识点：

1、功的求解公式W＝Flcosα，其中α指的是F和l之间的夹角。

2、功是一个可以有正负的标量，它的正负是由cosα的正负决定的。

3、求解力对物体所做总功的方法：

求出各个力所做的功，则总功等于各个力所做功的代数和。

课堂练习：

1、如图所示，质量为m的物体静止于倾角为θ的光滑斜面体上，斜面体的质量为M.现对该斜面体施加一个水平向左的推力F，使物体与斜面之间无相对滑动，两物体一起沿水平方向向左移动了s，则在此匀加速运动过程中斜面体M对物体m做的功为（　　）．

A．Fs　　　　　B．mgstanθ　　　　　

C.

Fs　　　　　D．mgscosθsinθ

2、起重机将质量为100kg的重物竖直向上移动了2m，下列三种情况下，做功的力各有哪几个力？

每个力做了多少功？

是正功还是负功？

（不计阻力，g取9.8m/s2）

（1）匀加速提高，加速度a1＝0.2m/s2；

（2）匀速提高；

（3）匀减速下降，加速度大小a2＝0.2m/s2.

3、如图，在光滑的水平面上，物块在恒力F＝100N的作用下从A点运动到B点，不计滑轮的大小，不计绳与滑轮的质量及绳、滑轮间的摩擦，H＝2.4m，α＝37°，β＝53°.求拉力F做的功．

答案：

1．D

2．

（1）拉力和重力；W拉＝2×103J，WG＝－1.96×103J；拉力做正功，重力做负功

（2）拉力和重力；均等于1.96×103J；拉力做正功，重力做负功

（3）拉力和重力；拉力做功－2×103J；重力做功1.96×103J；拉力做负功，重力做正功

3．100J

布置作业

1．教材“问题与练习”第2、3题．

2．以小组为单位，让学生举出生活中力做正功、负功、不做功的实际例子，加深对教材内容的理解．

2　功

功