1.5科学验证：机械能守恒定律学案-2021-2022学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

1.5 科学验证：机械能守恒定律 【自主导学】 一、机械能守恒定律 （i）【知识预习】 1．机械能 (1)定义：物体的动能与势能之和称为机械能． (2)表达式：E＝ . 2．重力势能与动能的转化 在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能 ． 3．弹性势能与动能的转化 在只有弹力做功的物体系统内，动能与弹性势能可以相互转化，而总的机械能保持不变． 4．机械能守恒定律及其应用 (1)内容：在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变． (2)守恒定律表达式 ①mv＋mgh2＝mv＋mgh1 ②Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1 (3)守恒条件：物体系统内只有重力或弹力做功． （ii）【思维深化】 1、物体沿固定的光滑斜面下滑，重力对物体做正功，物体重力势能减少，减少的重力势能到哪里去了？ 2、射箭时，发生弹性形变的弓弦恢复到原来形状时，弹性势能减少了，减少的弹性势能到哪里去了？ 3、小球只在重力作用下自由下落，从A到B的过程中，写出动能定理，然后思考动能的变化量与势能的变化量存在何种定量关系？那么小球在A点和B点的机械能又有何种关系？你能得出什么结论？ 二、验证机械能守恒定律 （i）【思维深化】 1、验证机械能守恒定律的实验原理是什么？如何测量速度？需要哪些仪器？ 2、本实验应该选择什么样的物体进行实验？为什么？ 3、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？ 4、若实验中不测量物体的质量，还能验证机械能守恒定律么？ 5、怎样处理实验数据？得出怎样的结论？ 6、引起实验误差的主要因素有哪些？如何减小实验误差？你能设计其他的实验方案验证机械能守恒么？ 【典型例题】 【例1】 (多选)如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是(　　) A．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒 B．乙图中，A置于光滑水平面，物体B沿光滑斜面下滑，物体B机械能守恒 C．丙图中，不计任何阻力时A加速下落，B加速上升过程中，A、B组成的系统机械能守恒 D．丁图中，小球沿水平面做速率不变的圆周运动时，小球的机械能守恒 【例2】如图所示，绕过光滑定滑轮两端分别拴有A、B两个小球，A球的质量为3m，B球的质量为m，现将两球从距地面高度为h处由静止释放．若细绳足够长，细绳的质量、空气的阻力均不计．求： (1)A球落地的瞬间，B球的速度多大？ (2)B球上升到距地面的最大高度为多少？ 【对点练习2】如图所示，质量为m的物体，以某一初速度从A点向下沿光滑的轨道运动，不计空气阻力，若物体通过轨道最低点B时的速度为3，求： (1)物体在A点时的速度大小； (2)物体离开C点后还能上升多高？ 【例3】在“科学验证:机械能守恒定律”的实验中： (1)有下列器材可供选用：重锤、铁架台、天平、停表、电磁打点计时器、复写纸、纸带、低压直流电源。其中不必要的器材有________________________；缺少的器材是________________。 (2)实验中用打点计时器打出的纸带如图所示，其中，A为打下的第1个点，C、D、E、F为距A较远的连续选取的四个点(其他点未标出)。用刻度尺量出C、D、E、F到A的距离分别为s1＝20.06 cm，s2＝24.20 cm，s3＝28.66 cm，s4＝33.60 cm。重锤的质量为m＝1.00 kg；打点周期为T＝0.02 s；实验地点的重力加速度为g＝9.8 m/s2。为了验证从打下A点到打下D点过程中重锤的机械能守恒，应计算出：打下D点时重锤的速度vD＝________(用题中字母表达)＝________ m/s，重锤重力势能的减少量ΔEp＝________(用题中字母表达)＝________ J，重锤动能的增加量ΔEk＝________(用题中字母表达)＝________ J。(保留三位有效数字) 【课堂练习】 1.如图所示，轻质弹簧的一端与固定的竖直板P拴接，另一端与物体A相连，物体A置于光滑水平桌面上(桌面足够大)，A右端连接一水平细线，细线绕过光滑的定滑轮与物体B相连．开始时托住B，让A处于静止且细线恰好伸直，然后由静止释放B，直至B获得最大速度．下列有关该过程的分析中正确的是(　 　) A．B物体受到细线的拉力保持不变 B．B物体机械能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量 C．A物体动能的增加量等于B物体重力对B做的功与弹簧弹力对A做的功之和 D．A物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量等于细线拉力对A做的功 2．如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是(　 　) A．甲图中，火箭升空的过程中，若匀速升空机械能守恒，若加速升空机械能不守恒 B．乙图中物体匀速运动，