資源簡介

8.4機械能守恒定律
一學科核心素養
物理觀念：首先從概念的角度出發，明確什么是機械能，在機械能守恒的情況下重力勢能與動能之間是相互轉化的，構建能量觀念。
科學思維：通過紙帶和打點計時器找到重力勢能的減少量與動能增加量之間的關系，從而驗證機械能守恒定律，體驗驗證過程和物理學的研究方法。
科學探究：運用動能定理推導機械能守恒定律，體會做功在能量轉化過程的用途。
科學態度與責任：通過機械能守恒的教學，使學生樹立科學觀點，理解和運用自然規律，并用來解決實際問題
二學習重難點
重點 1.掌握機械能守恒定律的推導、建立過程，理解機械能守恒定律的內容；
2.在具體的問題中能判定機械能是否守恒，并能列出定律的數學表達式。
難點 1.從能的轉化和功能關系出發理解機械能守恒的條件；
2.能正確判斷研究對象在所經歷的過程中機械能是否守恒，能正確分析物體所具有的機械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢能。
三課前預習
1．判斷下列說法的正誤。
（1）合力為零，物體的機械能一定守恒。( )
（2）合力做功為零，物體的機械能一定守恒。( )
（3）只有重力做功，物體的機械能一定守恒。( )
2．由于做功會引起物體能的變化，請你用確切的概念完成下表：
做功 引起能的變化
例如重力做功 重力勢能變化
____________ 動能變化
除重力（或彈力）外其它力合力做功 機械能變化
只有重力和彈力做功，其它力不做功 ____________
3．如圖所示，某人乘雪橇從雪坡經A點滑至B點。接著沿水平路面滑至C點停止。人與雪橇的總質量為70kg。表中記錄了沿坡滑下過程中的有關數據，請根據圖表中的數據解決下列問題：（g取10m/s2）
位置 A B C
速度（m/s） 2 10 0
時刻（s） 0 4 10
（1）人與雪橇從A到B的過程中，重力勢能變化了多少___________J；
（2）人與雪橇從A到B的過程中，損失的機械能為多少___________J。
4．關于機械能守恒：
（1）做自由落體運動的物體，機械能_________，（選“守恒”或“不守恒”）
（2）人乘電梯加速上升的過程，人的機械能_________，（選“守恒”或“不守恒”）
（3）合外力對物體做功為零時，物體的機械能可能_________，（選“守恒”、 “不守恒”或“守恒，也可能不守恒”）
（4）物體在只受重力作用的情況下，物體的機械能_________，（選“守恒”或“不守恒”）
5．如圖所示，水平粗糙滑道AB與豎直面內的光滑半圓形導軌BC在B處平滑相接，導軌半徑為R。一輕彈簧的一端固定在水平滑道左側的固定擋板M上，彈簧自然伸長時另一端N與B點的距離為L。質量為m的小物塊在外力作用下向左壓縮彈簧（不拴接）到某一位置P處，此時彈簧的壓縮量為d、由靜止釋放小物塊，小物塊沿滑道AB運動后進入半圓形軌道BC，且剛好能到達半圓形軌道的頂端C點處，已知小物塊與水平滑道間的動摩擦因數為μ，重力加速度為g，彈簧的勁度系數為k，小物塊可視為質點，則當彈簧的壓縮量為___________時，小物塊速度達到最大；小物塊剛離開彈簧時的速度大小為___________；剛開始釋放物塊時，彈簧的彈性勢能為___________。
6．如圖所示，在高1.5m的光滑平臺上有一個質量為2kg的小球被一細線拴在墻上，球與墻之間有一根被壓縮的輕質彈簧。當燒斷細線時，小球被彈出，小球落地時的速度方向與水平方向成60°角，g取10m/s2，則小球落地時的速度大小為________m/s；彈簧被壓縮時具有的彈性勢能為________J。
7．如圖所示，某人乘雪橇從雪坡經A點滑至B點，接著沿水平路面滑至C點停止，人與雪橇的總質量為70kg。表中記錄了沿坡滑下過程中的有關數據，根據圖表中的數據可知雪橇從A到B的過程中，損失的機械能為__________；設人與雪橇在BC段所受阻力恒定，則阻力大小為___________（g＝10m/s2）
位置 A B C
速度（m/s） 2.0 12.0 0
時刻（s） 0 4 10
四自我檢測
1．《驗證機械能守恒定律》的實驗中，對自由下落的重物，選擇哪一個較好（　　）
A．只要有足夠重就可以
B．只要體積足夠小就可以
C．應該密度大些，同時較重，還應便于夾緊紙帶，使紙帶隨同運動時不致扭曲
2．某同學用如圖所示的裝置做“驗證機械能守恒定律”的實驗，下列說法正確的是（　　）
A．應先釋放紙帶，再接通電源
B．必須測量重物的質量
C．電磁打點計時器使用的是直流電源
D．實驗時，因存在阻力，所以重物減少的重力勢能略大于增加的動能
3．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大阻力。關于實驗結果，下列說法正確的是（　　）
A．減少的重力勢能大于增加的動能
B．減少的重力勢能小于增加的動能
C．減少的重力勢能等于增加的動能
D．以上都有可能
4．用自由落體法“驗證機械能守恒定律”，就是看是否等于（為計數點的編號0、1、2…）。下列說法中正確的是（　　）
A．是計數點到點1的距離
B．打點計時器打第一個點0時，重物的速度為零
C．必須測量重物的質量
D．可以用計算，其中（為打點周期）
5．如圖所示，某實驗小組在實驗室中利用水平氣墊導軌和兩個光電門計時器A和B驗證質量為M的滑塊（含遮光條）和質量為m的鉤碼組成的系統機械能守恒。已知遮光條的寬度為d，先后通過A、B光電門的時間分別為、，光電門A、B之間的距離為s。滑塊運動通過光電門B時，鉤碼未落地。（重力加速度為g）
用上述裝置做“探究滑塊的加速度與力的關系實驗”，若。改變的值，進行多次實驗，以下的取值合適的一個是___________。
A． B． C． D．
6．在“驗證機械能守恒定律”實驗中大多數學生的實驗結果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是（　　）
A．利用公式v＝gt計算重物速度 B．利用公式v＝計算重物速度
C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 D．沒有采用多次實驗取平均值的方法
7．在做“用落體法驗證機械能守恒定律”的實驗時，除了鐵架臺、交流電源、刻度尺、紙帶等實驗器材外，必需的器材還應包括（　　）
A．停表 B．天平
C．打點計時器 D．彈簧測力計
8．《用DIS研究機械能守恒定律》的實驗中，下列說法中正確的是（　　）
A．擺錘每次都必須從擺錘釋放器的位置以不同的速度向下運動
B．必須測定擺錘的質量
C．擺錘下落的高度可由標尺盤直接測定
D．定位擋片的作用是改變擺錘的機械能
9．如圖所示，某實驗小組在實驗室中利用水平氣墊導軌和兩個光電門計時器A和B驗證質量為M的滑塊（含遮光條）和質量為m的鉤碼組成的系統機械能守恒。已知遮光條的寬度為d，先后通過A、B光電門的時間分別為、，光電門A、B之間的距離為s。滑塊運動通過光電門B時，鉤碼未落地。（重力加速度為g）
實驗中需要用到的器材有___________（填選項前的字母）。
A．天平 B．彈簧測力計 C．打點計時器 D．秒表
10．圖示為“用打點計時器驗證機械能守恒定律”的實驗裝置，關于這一實驗，下列說法正確的是（　　）
A．實驗中必須使用秒表測出重物下落的時間
B．實驗中必須用天平測出重物的質量
C．實驗中應使打點計時器的兩個限位孔在同一豎直線上，以減小紙帶與限位孔之間的摩擦
D．在實際測量中，重物減少的重力勢能通常會略小于增加的動能
三課前預習
1． 錯誤 錯誤 正確
2． 合外力做功 機械能守恒
3． 14000 10640
4． 守恒 不守恒 守恒，也可能不守恒 守恒
5．
6． 2 10
7． 9100J 140N
四自我檢測
參考答案：
1．C
【詳解】驗證機械能守恒定律的實驗中，重物應選擇密度大、體積小的較重物體，還應便于夾緊紙帶，使紙帶隨同運動時不致扭曲，以減小空氣阻力和摩擦阻力對實驗的影響，C正確，AB錯誤。
故選C。
2．D
【詳解】A．使用打點計時器方法是先接通電源，后釋放重物，故A項錯誤；
B．實驗中驗證動能的增加量和重力勢能的減少量是否相等，式子兩邊都有質量，可以約去，實驗不需要測量重物的質量，故B項錯誤；
C．電磁打點計時器使用的是交流電源，故C項錯誤；
D．實驗時，因存在阻力，所以重物減少的重力勢能略大于增加的動能，故D項正確。
故選D。
3．A
【詳解】由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大阻力，則重物減小的重力勢能一部分轉化為重物的動能，另一部分要克服阻力做功，即減少的重力勢能大于增加的動能。
故選A。
4．B
【詳解】A．物體重力勢能的減少量應為
題目中看mghn，即將h1看成起點即零勢能面，故hn為點n到0的距離，A錯誤；
B．物體動能的增加量應為
題目中看是否等于mghn，即將看成零來對待，故打初始0點時，物體速度為0，B正確；
C．式子是否等于mghn中m可以消掉，故不需測量重物的質量，C錯誤；
D．計算vn不能用
否則已經默認機械能守恒了，但由于起點為速度為零的點即運動的起始點，故時間
D錯誤。
故選B。
5．B
【詳解】用上述裝置做“探究滑塊的加速度與力的關系實驗”，設繩子拉力為T，則根據牛頓第二定律有
聯立可得
即只有當時，才能將繩子拉力T近似等于鉤碼重力，B正確，ACD錯誤。
故選B。
6．C
【詳解】AB．利用AB方法計算，已經認為機械能守恒，所以兩者應該沒有誤差，故AB錯誤；
C．由于紙帶在下落過程中，重物和空氣之間存在阻力，紙帶和打點計時器之間存在摩擦力，所以減小的重力勢能一部分轉化為動能，還有一部分要克服空氣阻力和摩擦力阻力做功，故重力勢能的減少量大于動能的增加量，故C正確；
D．采用多次實驗的數據取平均值，是實驗中常見的減小誤差的方法，但題目中說大多數學生得到的實驗結果相同，大多數學生都未采用取平均值的方法的可能性較低，所以結果應該由其他原因導致，故D錯誤。
故選C。
7．C
【詳解】本實驗需要測量物體下落的高度來計算重力勢能，測定速度來計算物體動能增加量，故還需要打點計時器；打點計時器本身就是計時儀器，則不需要停表；要驗證的關系式兩邊都有質量，可消掉，則不需要用天平測質量。也不需要彈簧測拉力計。
故選C。
8．C
【詳解】A．擺錘每次都必須從擺錘釋放器的位置由靜止開始向下運動，故A錯誤；
B．在驗證機械能守恒表達式時，由于動能表達式和重力勢能表達式中均含有擺錘質量的一次項，所以可將質量約去，不必要測定擺錘的質量，故B錯誤；
C．擺錘下落的高度可由標尺盤直接測定，故C正確；
D．在定量研究機械能守恒定律之前需要進行定性研究的實驗，實驗中用到圖中的定位擋片，它的作用是改變擺線的長度，來觀察受到阻擋后擺錘能否擺到另外一側接近釋放時的同一高度，故D錯誤。
故選C。
9．A
【詳解】實驗需要驗證鉤碼重力勢能的減少量等于鉤碼和滑塊動能的增加量，即驗證
所以實驗中需要用到天平直接測量質量，不用彈簧測力計來間接測量質量，有光電門不需要打點計時器也不需要秒表，A正確，BCD錯誤。
故選A。
10．C
【詳解】A．我們可以通過打點計時器計算時間，不需要秒表，故A錯誤；
B．根據，可知兩邊質量可以約掉，不需要測量重物的質量m，故B錯誤；
C．實驗中應使打點計時器的兩個限位孔在同一豎直線上，以減小紙帶與限位孔之間的摩擦，故C正確；
D．在實際測量中，由于各種阻力的存在，重物減少的重力勢能通常會略大于增加的動能，故D錯誤。
故選C。
試卷第1頁，共3頁
試卷第1頁，共3頁

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