實驗 驗證機(jī)械能守恒定律題組訓(xùn)練

實驗驗證機(jī)械能守恒定律題組訓(xùn)練實驗驗證機(jī)械能守恒定律題組訓(xùn)練實驗驗證機(jī)械能守恒定律題組訓(xùn)練實驗驗證機(jī)械能守恒定律題組訓(xùn)練編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:第5講實驗：驗證機(jī)械能守恒定律[時間：60分鐘]1.用如圖1所示裝置驗證機(jī)械能守恒定律，由于電火花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的阻力，這樣實驗造成的結(jié)果是()圖1A．重力勢能的減少量明顯大于動能的增加量B．重力勢能的減少量明顯小于動能的增加量C．重力勢能的減少量等于動能的增加量D．以上幾種情況都有可能2．如圖2是用自由落體法驗證機(jī)械能守恒定律時得到的一條紙帶．有關(guān)尺寸在圖中已注明．我們選中n點(diǎn)來驗證機(jī)械能守恒定律．下面舉一些計算n點(diǎn)速度的方法，其中正確的是()圖2A．n點(diǎn)是第n個點(diǎn)，則vn＝gnTB．n點(diǎn)是第n個點(diǎn)，則vn＝g(n－1)TC．vn＝eq\f(sn＋sn＋1,2T)D．vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)3.用如圖3所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律，實驗所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種．重物從高處由靜止開始下落，重物上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計時器打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)的痕跡進(jìn)行測量，即能驗證機(jī)械能守恒定律．下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：圖3A．按照圖示的裝置安裝器材；B．將打點(diǎn)計時器接到電源的直流輸出端上；C．用天平測量出重物的質(zhì)量；D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶；E．測量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離；F．根據(jù)測量的結(jié)果計算分析重物下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．指出其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E，將其選項對應(yīng)的字母填在下面的橫線上，并說明其原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.4．在用自由落體法驗證機(jī)械能守恒定律時，某小組按照正確的操作選得紙帶如圖4.其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計時器連續(xù)打下的3個點(diǎn)．用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中．(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2，重物質(zhì)量為m＝1kg，計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)圖4(1)圖中的三個測量數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是________段的讀數(shù)，應(yīng)記作________cm.(2)甲同學(xué)用重物在OB段的運(yùn)動來驗證機(jī)械能守恒，他用AC段的平均速度作為B點(diǎn)對應(yīng)的瞬時速度vB，則求得該過程中重物的動能增加量ΔEk＝________J，重力勢能的減少量ΔEp＝________J．這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使ΔEk________ΔEp(選填“>”、“<”或“＝”)．(3)乙同學(xué)根據(jù)同一條紙帶，同一組數(shù)據(jù)，也用重物在OB段的運(yùn)動來驗證機(jī)械能守恒，將打點(diǎn)計時器打下的第一個點(diǎn)O記為第1個點(diǎn)，圖中的B是打點(diǎn)計時器打下的第9個點(diǎn)．因此他用v＝gt計算與B點(diǎn)對應(yīng)的瞬時速度vB，求得動能的增加量ΔEk＝________J．這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使ΔEk________ΔEp(選填“>”、“<”或“＝”)．(4)上述兩種處理方法中，你認(rèn)為合理的是________同學(xué)所采用的方法．(選填“甲”或“乙”)5．在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，圖5(甲)是打點(diǎn)計時器打出的一條紙帶，選取其中連續(xù)的計時點(diǎn)標(biāo)為A、B、C……G、H、I，對BH段進(jìn)行研究．(1)已知打點(diǎn)計時器電源頻率為50Hz，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時間間隔為________．(2)用刻度尺測量的距離如圖(乙)，讀出A、C兩點(diǎn)間距為________cm，B點(diǎn)對應(yīng)的速度vB＝________m/s(保留三位有效數(shù)字)．(3)若H點(diǎn)對應(yīng)的速度為vH，重物下落的高度為hBH，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，為完成實驗，要比較eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)與________的大小(用字母表示)．圖56．利用圖6裝置做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗．圖6(1)除打點(diǎn)計時器(含紙帶、復(fù)寫紙)、交流電源、鐵架臺、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的器材中，必須使用的還有________．(選填器材前的字母)A．大小合適的鐵質(zhì)重錘B．體積較大的木質(zhì)重錘C．刻度尺D．游標(biāo)卡尺E．秒表(2)圖7是實驗中得到的一條紙帶．在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC.圖7重錘質(zhì)量用m表示，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計時器打點(diǎn)的周期為T.從打下O點(diǎn)到打下B點(diǎn)的過程中，重錘重力勢能的減少量|ΔEp|＝________，動能的增加量ΔEk＝________.(3)在實驗過程中，下列實驗操作和數(shù)據(jù)處理正確的是________．A．釋放重錘前，使紙帶保持豎直B．做實驗時，先接通打點(diǎn)計時器的電源，再釋放重錘C．為測量打點(diǎn)計時器打下某點(diǎn)時重錘的速度v，可測量該點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，再根據(jù)公式v＝eq\r(2gh)計算，其中g(shù)應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣菵．用刻度尺測量某點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，利用公式mgh計算重力勢能的減少量，其中g(shù)應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?4)某同學(xué)在紙帶上選取計數(shù)點(diǎn)后，測量它們到起始點(diǎn)O的距離h，并計算出打相應(yīng)計數(shù)點(diǎn)時重錘的速度v，通過描繪v2－h(huán)圖象去研究機(jī)械能是否守恒．若實驗中重錘所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不變，從理論上分析，合理的v2－h(huán)圖象是下列圖中的________．7．為了驗證機(jī)械能守恒定律，岳口高中的金金設(shè)計了如圖8甲所示的實驗裝置，并提供了如下的實驗器材：A．小車B．鉤碼C．一端帶滑輪的木板D．細(xì)線E．電火花計時器F．紙帶G．毫米刻度尺H．低壓交流電源I．220V的交流電源圖8(1)根據(jù)上述實驗裝置和提供的實驗器材，你認(rèn)為實驗中不需要的器材是________(填寫器材序號)，還應(yīng)補(bǔ)充的器材是________．(2)實驗中得到了一條紙帶如圖乙所示，選擇點(diǎn)跡清晰且便于測量的連續(xù)7個點(diǎn)(標(biāo)號0～6)，測出0到1、2、3、4、5、6點(diǎn)的距離分別為d1、d2、d3、d4、d5、d6，打點(diǎn)周期為T.則打點(diǎn)2時小車的速度v2＝________；若測得小車質(zhì)量為M、鉤碼質(zhì)量為m，打點(diǎn)1和點(diǎn)5時小車的速度分別用v1、v5表示，已知重力加速度為g，則驗證點(diǎn)1與點(diǎn)5間系統(tǒng)的機(jī)械能守恒的關(guān)系式可表示為________．(3)在實驗數(shù)據(jù)處理時，如果以eq\f(v2,2)為縱軸，以d為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出eq\f(v2,2)－d圖象，其圖線的斜率表示的物理量的表達(dá)式為________________．

答案精析第5講實驗：驗證機(jī)械能守恒定律1．A[由于重物下落時要克服阻力做功，重物減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為重物的動能和系統(tǒng)的內(nèi)能，故重力勢能的減少量大于動能的增加量，A正確．]2．CD[vn應(yīng)表示從(n－1)到(n＋1)間的平均速度．C、D對，A、B錯．]3．BCD原因見解析解析步驟B是錯誤的，應(yīng)該接到電源的交流輸出端；步驟D是錯誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶；步驟C不必要，因為根據(jù)測量原理，重物的動能和勢能中都包含了質(zhì)量m，可以約去．4．(1)OC(2)<(3)>(4)甲解析(1)毫米刻度尺讀數(shù)要估讀到毫米下一位，OC長度讀數(shù)到1毫米，不符合讀數(shù)要求．應(yīng)記作15.70cm.(2)AC段的平均速度即B點(diǎn)瞬時速度vB＝eq\f(AC,2T)＝eq\f(－×10－2m,2×s)≈1.55m/s，則系統(tǒng)增加的動能ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)≈J，重力勢能減少了ΔEp＝mgOB≈J，由于摩擦力的作用，部分重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以ΔEk<ΔEp.(3)B是打點(diǎn)計時器打下的第9個點(diǎn)，所以B點(diǎn)的速度vB＝gt＝×8×0.02m/s≈1.57m/s，動能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)≈J，這樣做把加速度按照自由落體計算，沒有考慮摩擦力的作用，而實際上，由于摩擦力的作用，加速度a<g，所以vB＝gt應(yīng)大于實際對應(yīng)h的速度大小，所以會使得ΔEk>ΔEp.(4)乙方案中直接把加速度按照重力加速度計算，不符合事實，而且誤差大，所以合理的是甲方案．5．(1)s(2)(3)eq\f(1,2)veq\o\al(2,H)－ghBH解析(1)打點(diǎn)計時器電源頻率為50Hz，則每隔s打一點(diǎn)．(2)sAC＝－cm＝5.40cm，vB＝eq\f(sAC,2T)＝eq\f×10－2,2×m/s＝1.35m/s.(3)由動能定理有mghBH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,H)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，得eq\f(v\o\al(2,B),2)＝eq\f(v\o\al(2,H),2)－ghBH.6．(1)AC(2)mghBeq\f(mhC－h(huán)A2,8T2)(3)ABD(4)A解析(1)驗證機(jī)械能守恒定律實驗，需要盡量減小阻力，以使得減少的重力勢能接近增加的動能，所以選擇鐵質(zhì)重錘而不是木質(zhì)重錘，這樣可以盡量減少阻力影響，即選項A對，B錯；在計算速度時需要刻度尺測量點(diǎn)跡之間的距離以及下落的高度，所以選項C是必須的；而秒表不需要，只要查相鄰點(diǎn)的間隔即可得時間間隔，因為打點(diǎn)計時器每隔秒打一個點(diǎn)，所以E錯誤；有刻度尺測量點(diǎn)間距，而不需要游標(biāo)卡尺，選項D錯．(2)O點(diǎn)到B點(diǎn)下落的高度為hB，所以減少的重力勢能為mghB，增加的動能要計算B點(diǎn)的瞬時速度，B為AC的中間時刻即等于AC的平均速度，所以vB＝eq\f(hC－h(huán)A,2T)，增加的動能ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(mhC－h(huán)A2,8T2).(3)為保證只有重力做功，釋放前紙帶豎直可減少紙帶與打點(diǎn)計時器限位孔之間的摩擦，選項A對；實驗過程先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放重錘，選項B對；速度的計算必須從紙帶數(shù)據(jù)來求，而不能根據(jù)自由落體運(yùn)動求速度，如果按照自由落體運(yùn)動的速度來求解則減少的重力勢能一定等于增加的動能，驗證就沒有意義了，選項C錯；計算減少的重力勢能mgh一定要按照當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葋碛嬎?，選項D對．(4)若有恒定的阻力存在，則根據(jù)動能定理可得(mg－f)h＝eq\f(1,2)mv2，即eq\f(v2,h)＝2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g－\f(f,m)))，所以圖象斜率為定值，而且過原點(diǎn)，對照選項A對．7．(1)H天平(2)eq\f(d3－d1,2T)或eq\f(d4,4T)mg(d5－d1)＝eq\f(1,2)(M＋m)(veq\o\al(2,5)－veq\o\al(2,1))(3)eq\f(mg,M＋m)解析(1)電火花計時器使用的是220V交流電源，因此低壓交流電源用不著；另外還需要用到天平測出小車的質(zhì)量M；(2)打