[32492294]1.5 科学验证：机械能守恒定律 教案-2021-2022学年高一下学期物理.docx

1、第5节 科学验证：机械能守恒定律考点一、机械能守恒定律1、定义物体的动能与势能之和统称为机械能（用E表示、标量）。包括动能、重力势能和弹性势能。2、表达式（1）（Ep1Ek1Ep2Ek2） （2）：动能；：势能3、机械能守恒定律系统内部只有重力或弹力做功，物体动能与势能可以相互转化，机械能总量不变。理解：（1）没有摩擦力或者其他力做功，不会出现发光、发热等。（2）动能的增加等于势能的减少（3）A物体的机械能增加等于B物体机械能的减少（两个物体组成的系统）4、常见实例（1）物体在光滑的斜面或者圆弧面下滑；（2）自由落体、竖直上抛；（3）单摆（无空气阻力）。5、能量转化和守恒定律自然界中，除了机械

2、能以外，还有内能、电能、光能、化学能等。这些能量可以相互转化，但总量不变。即遵循能量的转化和守恒定律。（功是转化的量度）（1）某种能量的减少，一定存在另一种能量的增加，且减少量和增加量相等； （2）某个物体能量的减少，一定存在某个物体能量的增加，且减少量和增加量相等。（3）第一类永动机：人们称设想中不消耗能量的机器。违背能量守恒，因此不可能存在。【典例】例1、将物体从地面竖直上抛，如果不计空气阻力，物体能够达到的最大高度为H。当物体在上升过程中的某一位置，它的动能是重力势能的3倍，则这一位置的高度是（ ）A2H/3 BH/2 CH/3 DH/4【答案】D。例2、如图所示，桌面高为h，质量为m的

3、小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，以地面为参考平面，则小球落到地面前瞬间的机械能为（ ）A、0 B、mgh C、mgH D 、mg（H+h）【答案】D。例3、如图所示，质量分别为3 kg和5 kg的物体A、B，用轻绳连接跨在一个定滑轮两侧，轻绳正好拉直，且A物体底面与地接触，B物体距地面0.8 m，求：（1）放开B物体，当B物体着地时A物体的速度；（2）B物体着地后A物体还能上升多高？（g取10 m/s2）【答案】（1）2m/s；（2）0.2m。例4、如图所示，质量为m2 kg的小球系在轻弹簧的一端，另一端固定在悬点O处，将弹簧拉至水平位置A处由静止释放，小球到达距O点下方h0.5 m

4、处的B点时速度为2 m/s。求小球从A运动到B的过程中弹簧弹力做的功(g取10 m/s2)。【答案】-6J。考点二、机械能守恒定律与动能定理的比较1、机械能守恒定律（1）表达式Ek1Ep1Ek2Ep2或E初E末（初状态的机械能等于末状态的机械能）Ek2Ek1Ep1Ep2或EkEp（过程中动能的增加量等于势能的减少量）EA2EA1EB1EB2或EAEB（系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能）（2）使用范围：系统只有重力或弹力做功（3）研究对象：物体与地球或弹簧组成的系统（4）物理意义：重力或弹力做功的过程是动能和势能转化的过程2、动能定理（1）表达式：（2）使用范围：无限制（

5、3）研究对象：质点（4）物理意义：合外力对物体做的功等于动能的改变考点三、功、能关系的几种常见表达式（能量转化通过做功实现、做多少功，就转化多少能量）功能量转化关系式重力做功重力做正功，重力势能减少重力做负功，重力势能增大弹力做功弹力做正功，弹性势能减少弹力做负功，弹性势能增大合外力做功合外力做正功，动能增大合外力做负功，动能减少系统内除重力、弹力外其他力做功其他力做正功，机械能增大其他力做负功，机械能减少两物体间滑动摩擦力对物体系统做功系统内一对滑动摩擦力做的总功的数值等于转化成的内能【典例】例5、如图所示，质量为m的木块放在光滑的水平桌面上，用轻绳绕过桌边的光滑定滑轮与质量为M的砝码相连。

6、已知M2m，让绳拉直后使砝码从静止开始下降h的距离（未落地）时，木块仍没离开桌面，则砝码的速度为多少？【答案】。例6、（多选）如图所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度V0沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度V运动。已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离L，子弹进人木块的深度为s，若木块对子弹的阻力Ff视为恒定，则下列关系式中正确的是（ ）A、 B、C、 D、【答案】A、B、C。例7、如图所示，水平放置的传送带与一光滑曲面相接，一小滑块质量为m = 0.1kg，从离传送带h = 0.2m高处由静止滑下，传送带水平部分长L = 1.8m，滑块与传送带间的动摩

7、擦因数= 0.1。（g = 10m/s2）（1）把传送带固定不动，问滑块能否滑离传送带？产生多少摩擦热？（2）传送带逆时针以v2= 1m/s匀速运动，问滑块能否滑离传送带？产生多少摩擦热？（3）传送带顺时针以v3= 1m/s匀速转动，求滑块滑离传送带的时间及产生的热量。【答案】（1）能滑离，0.18J；（2）能滑离，0.32J；（3）1.3s，0.05J。例8、如图所示，质量为m的小铁块A以水平速度v0从左侧冲上质量为M、长为L、置于光滑水平面C上的木块B，刚好不从木板上掉下，已知A、B间的摩擦因数，此时木板对地位移为s，求这一过程中：（1）木板增加的动能；（2）小铁块减少的动能；（3）系统机

8、械能的减少量。【答案】（1）mgs；（2）mg（L+s）；（3）mgL。考点四、实验探究：机械能的转换与守恒1、实验器材铁架台（带铁夹）、电火花计时器、重物（带纸带夹子）、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源（4-6V）。2、实验原理我们采用如图所示的实验装置，在物体自由下落的过程中，如果空气阻力和纸带受到的摩擦力可以忽略不计，则物体的机械能守恒，即系统机械能的总量应保持不变。（1）若以重物下落的起始点O(静止点)为基准，设重物的质量为m，测出物体自起始点O下落距离h时的速度v，在误差允许范围内，由计算得出mv2mgh；则机械能守恒定律得到验证。（2）若以重物下落过程中的某一点A为基准

9、，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA，再测出物体由A点下落h后经过B点的速度vB，在误差允许范围内，由计算得出mvmvmgh；则机械能守恒定律得到验证。3、数据处理（1）利用公式vn或，计算出点1、点2、点3的瞬时速度v1、v2、v3（2）验证：通过计算，在误差允许的范围之内vn2与ghn是否相等或vv与ghnm是否相等【典例】例9、在验证机械能守恒定律的实验中，有位同学按以下步骤进行实验操作：A、用天平称出重锤和夹子的质量。B、固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住且让手尽量靠近打点计时器。C、松开纸带，接通电源，开始打点。并如此重复多次，以得到几条打点纸带。D、

10、取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距离O点较近处选择几个连续计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值。E、测出各点到O点的距离，即得到重锤下落高度。F、计算出和，看两者是否相等在以上步骤中，不必要的步骤是_；有错误或不妥的步骤是_ (填写代表字母)。【答案】A；BCD。例10、在“利用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，如果纸带上前面几点比较密集，不够清晰，可舍去前面的比较密集的点，在后面取一段打点较为清晰的纸带，同样可以验证。如图所示，取O点为起始点，相邻两点的间距已测出并标在纸带上，所用交流电源的频率为50 Hz，重锤的质量为m=1.0 kg，g=9.86 m/s2。（1）

11、打A点时，重锤下落速度为vA=m/s，重锤的动能为EKA=J。（2）打F点时，重锤下落速度为vF=m/s，重锤的动能为EKF=J。（3）打点计时器自打下A点开始到打下F点，重锤重力势能的减少量为J，动能的增加量为J。（4）得出的结论是 。（5）若根据纸带算出相关各点的速度v，并量出对应下落的距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图线应该是如图中的 。【答案】（1）1.30m/s；0.845J；（2）2.28m/s；2.60J；（3）1.781J；1.755J；（4）EpEk，即重锤下落过程机械能守恒（5）C【课后训练】1、如图所示，一固定在地面上的光滑斜面的顶端固定有一轻弹簧，地面上质量为m的物

12、块(可视为质点)向右滑行并冲上斜面设物块在斜面最低点A的速率为v，压缩弹簧至C点时弹簧最短，C点距地面高度为h，则物块运动到C点时弹簧的弹性势能为()AmghBmghmv2 Cmghmv2 Dmv2mgh【答案】D2、（多选）如图所示，质量为m的物体（可视为质点）以某一初速度由底端冲上倾角为30的固定斜面，上升的最大高度为h，其加速度大小为3/4g，在这个过程中有关该物体的说法中正确的是( )A、重力势能增加了mgh B、动能损失了2mghC、动能损失了1.5mgh D、机械能损失了1.5mgh【答案】AB。3、如图所示的光滑轻质滑轮，阻力不计，M12 kg，M21 kg，M1离地高度为H0.

13、5 mM1与M2从静止开始释放，M1由静止下落0.3 m时的速度为()A. m/s B3 m/s C2 m/s D1 m/s【答案】A4、如图所示，在光滑的水平面上有一个质量为M的木板B处于静止状态，现有一个质量为m的木块A在B的左端以初速度V0开始向右滑动，已知Mm，用和分别表示木块A和木板B的图像，在木块A从B的左端滑到右端的过程中，下面关于速度V随时间t、动能Ek随位移s的变化图像，其中可能正确的是（ ）。A、 B、C、 D、【答案】D5、足够长的传送带以v匀速传动，一质量为m的小物块A由静止轻放于传送带上，若小物块与传送带之间的动摩擦因数为，如图所示，当小物块与传送带相对静止时，转化为

14、内能的能量为()Amv2 B2mv2 C.mv2 Dmv2【答案】D6、某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2。（1）重物在2点的速度v2_，在5点的速度v5_，此过程中动能增加量Ek_，重力势能减少量Ep_.由以上可得出实验结论 。（2）重物获得的动能往往_(A.大于 B小于 C等于)减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是_（3）根据实验判断下列图像正确的是(其中Ek表示重物动能的变化量，h表示物体下落的高度)()【答案

15、】（1）1.37；1.95；0.96m；0.99m；在误差允许的范围内，机械能守恒；（2）B；纸带受到阻力作用；（3）C。7、在用“落体法”做“验证机械能守恒定律”的实验时，小明选择一条较为满意的纸带，如图甲所示他舍弃前面密集的点，以O为起点，从A点开始选取纸带上连续点A、B、C，测出O到A、B、C的距离分别为h1、h2、h3电源的频率为f。（1）为减少阻力对实验的影响，下列操作可行的是_A选用铁质重锤 B安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上C释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直 D重锤下落中手始终提住纸带上端，保持纸带竖直（2）打B点时，重锤的速度vB为 。（3）小明用实验测得数据画出的

16、v2-h图象如图乙所示。图线不过坐标原点的原因是 。（4）另有四位同学在图乙的基础上，画出没有阻力时的v2-h图线，并与其比较，其中正确的是 。A、B、C、D、【答案】（1）ABC；（2）；（3）打下O点时重锤速度不为零；（4）B。8、如图所示，AB与CD为两个对称斜面，其上部足够长，下部分别与一个光滑的圆弧面的两端相切，圆弧圆心角为120，半径R为2.0 m一个物体在离弧底E高度为h3.0 m处，以初速度4.0 m/s沿斜面运动若物体与两斜面的动摩擦因数为0.02，则物体在两斜面上(不包括圆弧部分)一共能走多长路程？(g取10 m/s2) 【答案】28m。9、如图所示，在光滑水平地面上放置质

17、量M2 kg的长木板，木板上表面与固定的光滑弧面相切一质量m1 kg的小滑块自弧面上高h处由静止自由滑下，在木板上滑行t1 s后，滑块和木板以共同速度v1 m/s匀速运动，g取10 m/s2.求：（1）滑块与木板间的摩擦力大小Ff；（2）滑块下滑的高度h；（3）滑块与木板相对滑动过程中产生的热量Q.【答案】（1）2N；（2）0.45m；（3）3J。10、电机带动水平传送带以速度v匀速转动，一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上，若小木块与传送带之间的动摩擦因数为，如图所示，当小木块与传送带相对静止时，求：（1）小木块的位移；（2）传送带转过的路程；（3）小木块获得的动能；（4）摩擦过程产生的摩擦热；（5）电机带动传送带匀速转动输出的总能量。【答案】（1）；（2）；（3）；（4）；（5）。11、如图所示，传送带与水平面之间的夹角为30，其中A，B两点间的距离为5 m，传送带在电动机的带动下以v2m/s的速度匀速运转，现将一质量为m2kg的小物体（可视为质点）轻放在传送带的A点，已知小物体与传送带间的动摩擦因数，则在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中，求：（1）传送带对小物体做了多少功？（2）为传送小物体，电动机额外需做多少功？（g取10 m/s2）【答案】（1）54J；（2）66J。