高中物理人教版第七章機(jī)械能守恒定律 課時(shí)作業(yè)20

課時(shí)作業(yè)(二十)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律[基礎(chǔ)訓(xùn)練]1．在“用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列物理量中需要測(cè)量的有()A．重物的質(zhì)量B．重力加速度C．重物下落的高度D．與重物下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度答案：CD解析：本實(shí)驗(yàn)無需測(cè)量重物的質(zhì)量，重力加速度需用當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋?．用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，就是看eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)是否等于mghn(n為計(jì)數(shù)點(diǎn)的編號(hào)0、1、2、…、n)．下列說法中正確的是()A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打第一個(gè)點(diǎn)0時(shí)，重物的速度為零B．hn是計(jì)數(shù)點(diǎn)n到起始點(diǎn)0的距離C．必須測(cè)量重物的質(zhì)量D．用vn＝gtn計(jì)算vn時(shí)，tn＝(n－1)T(T為打點(diǎn)周期)答案：AB解析：本實(shí)驗(yàn)的原理是利用重物的自由落體運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，因此打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)，重物運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)為零，A正確．hn與vn分別表示打第n個(gè)點(diǎn)時(shí)重物下落的高度和對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度，B正確．本實(shí)驗(yàn)中，不需要測(cè)量重物的質(zhì)量，因?yàn)榈仁絤gh＝eq\f(1,2)mv2的兩邊都有m，故只要gh＝eq\f(1,2)v2成立，mgh＝eq\f(1,2)mv2就成立，機(jī)械能守恒定律也就被驗(yàn)證了，C錯(cuò)誤．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用公式eq\x\to(v)＝veq\f(t,2)來計(jì)算vn，D錯(cuò)誤．3．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：(1)實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是________(填“紙帶”或“重物”)．(2)供選擇的重物有以下四個(gè)應(yīng)選擇()A．質(zhì)量為100g的鉤碼B．質(zhì)量為10g的砝碼C．質(zhì)量為200g的木球D．質(zhì)量為10g的塑料球(3)給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器提供的電源如下，應(yīng)選擇()A．4節(jié)干電池B．3節(jié)蓄電池C．學(xué)生電源4～6V，交流輸出D．學(xué)生電源4～6V，直流輸出答案：(1)重物(2)A(3)C4．“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置可以采用圖示的甲或乙方案來進(jìn)行．丙丁(1)比較這兩種方案，____________(填“甲”或“乙”)方案好些．(2)該同學(xué)開始實(shí)驗(yàn)時(shí)情形如圖丙所示，接通電源釋放紙帶．請(qǐng)指出該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中存在的兩處明顯錯(cuò)誤或不當(dāng)?shù)牡胤剑孩賍_________________；②______________________________.(3)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)方案甲驗(yàn)證機(jī)械能守恒，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2.實(shí)驗(yàn)選用重錘質(zhì)量為0.5kg，紙帶上連續(xù)的點(diǎn)A、B、C、D至O點(diǎn)的距離如丁圖所示(O點(diǎn)為開始下落點(diǎn))，則重錘從O運(yùn)動(dòng)到C，重力勢(shì)能減少________J，重錘經(jīng)過C時(shí)，其動(dòng)能增加________J.答案：(1)甲(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接了直流電源重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)了(3)5．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2，某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測(cè)量時(shí)各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖所示，圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D分別是每打兩個(gè)點(diǎn)取出的計(jì)數(shù)點(diǎn)．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物(質(zhì)量為m)由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)：(1)重力勢(shì)能的減少量為________；(2)動(dòng)能的增加量為________；(3)根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)可得出什么結(jié)論？產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？答案：(1)1.911m(2)1.864解析：(1)重力勢(shì)能的減少量為ΔEp減＝mghOB＝m××＝1.911(2)重物下落到B點(diǎn)時(shí)的速度vB＝eq\f(hAC,T)＝eq\f5,4×m/s＝1.931m/s所以重物從開始下落到B點(diǎn)增加的動(dòng)能為ΔEk增＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)m×2＝1.864m(3)從(1)、(2)中計(jì)算的數(shù)據(jù)得出在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)重物減少的重力勢(shì)能等于其動(dòng)能的增加，機(jī)械能守恒．重物減少的重力勢(shì)能略大于其增加的動(dòng)能，原因是重物在下落時(shí)要受到阻力作用(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的摩擦力、空氣阻力)，克服阻力做功．6．某同學(xué)做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，不慎將一條挑選出的紙帶的一部分損壞，損壞的是前端部分．剩下的一段紙帶上各相鄰點(diǎn)間的距離已測(cè)出標(biāo)在圖中，單位是cm.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz，重力加速度取g＝9.8m/s2.(1)重物在2點(diǎn)的速度v2＝________，在5點(diǎn)的速度v5＝________，此過程中動(dòng)能增加量ΔEk＝________，重力勢(shì)能減少量ΔEp＝________.由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：____________________.(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)判斷下列圖象正確的是(其中ΔEk表示重物動(dòng)能的變化量，Δh表示重物下落的高度)()答案：(1)1.50m/s2.075m/s1.03mJ1.06解析：(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，可以求出重物在2點(diǎn)的速度v2＝eq\f(＋×10－2,2×m/s＝1.50m/s和重物在5點(diǎn)的速度v5＝eq\f(＋×10－2,2×m/s＝2.075m/s，所以動(dòng)能增加量為ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＝1.03mJ．重物從2點(diǎn)到5點(diǎn)，重力勢(shì)能減少量為ΔEp＝mgh25＝m××＋＋×10－2J＝1.06mJ，由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒．(2)重物機(jī)械能守恒，應(yīng)有重物減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為增加的動(dòng)能，即ΔEk＝mgΔh，可見重物增加的動(dòng)能與下落的距離成正比，選項(xiàng)C正確．[能力提升]7．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．(1)實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平？(2)測(cè)得遮光條的寬度d＝0.50cm.實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門的時(shí)間Δt＝×10－2s，則滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為________m/s.在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、__________和________(文字說明并用相應(yīng)的字母表示)．(3)本實(shí)驗(yàn)通過比較__________和__________在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等(用測(cè)量的物理量符號(hào)表示)，從而驗(yàn)證了系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．答案：(1)見解析(2)滑塊質(zhì)量M滑塊到光電門的距離L(3)mgLeq\f(1,2)(m＋M)(eq\f(d,Δt))2解析：(1)氣源工作后，滑塊不掛鉤碼，靜止放在氣墊導(dǎo)軌上，如果能處于靜止?fàn)顟B(tài)說明氣墊導(dǎo)軌水平．(2)滑塊通過光電門的瞬時(shí)速度v＝eq\f(d,Δt)＝eq\f×10－2,×10－2)m/s＝0.25m/s.本次實(shí)驗(yàn)中還需測(cè)量的物理量有鉤碼的質(zhì)量m、滑塊的質(zhì)量M、滑塊到光電門的距離L.(3)如果系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量mgL與系統(tǒng)動(dòng)能的增加量eq\f(1,2)(m＋M)v2＝eq\f(1,2)(m＋M)(eq\f(d,Δt))2在誤差允許的范圍內(nèi)相等，則驗(yàn)證了系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．8．在用如圖甲所示的裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)．(1)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，下列做法合理的是________．A．用天平測(cè)重錘質(zhì)量時(shí)，采用多次測(cè)量取平均的方法B．用刻度尺測(cè)重錘下落高度時(shí)，采用多次測(cè)量取平均的方法C．選用體積小的，可以看做質(zhì)點(diǎn)的重錘做實(shí)驗(yàn)D．釋放重錘前，通過目測(cè)的方法使連接重錘的紙帶盡量豎直(2)設(shè)重錘質(zhì)量為m、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T、重力加速度為g.圖乙是實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F為紙帶上等時(shí)間間隔的六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(相鄰兩個(gè)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出)．根據(jù)測(cè)得的s1、s2、s3、s4、s5寫出重物由B點(diǎn)到E點(diǎn)重力勢(shì)能減少量的表達(dá)式為____________，動(dòng)能增加量的表達(dá)式為______________．實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)重錘下落時(shí)動(dòng)能的增加量總是小于重力勢(shì)能的減少量，這是因?yàn)開_________________________________．答案：(1)BD(2)mg(s4－s1)eq\f(ms5－s32－ms\o\al(2,2),200T2)重錘下落過程中需克服阻力做功解析：(1)因本實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證mgh＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，可見質(zhì)量不需要測(cè)量，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；采用多次測(cè)量取平均的方法可以有效地減小長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)的偶然誤差，故選項(xiàng)B正確；為了減少空氣阻力的影響，需要選用密度大的重物，而不單單是體積小的重物，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；為了減小或避免計(jì)時(shí)器的限位孔對(duì)紙帶的摩擦阻力，應(yīng)使連接重錘的紙帶盡量豎直，D正確．(2)B到E的高度差h＝s4－s1，故重力勢(shì)能的減少量為ΔEp＝mg(s4－s1)；先求出B、E兩點(diǎn)處的速度，vB＝