2020高中物理人教版2019第二冊作業(yè)：5試驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

第八章5實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.（注意事項(xiàng)）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，紙帶將被釋放瞬間的四種情況如照片所示，其中最合適的是（）答案D解析A、B紙帶彎折會產(chǎn)生很大的摩擦阻力，B、C重錘起始位置離打點(diǎn)計時器太遠(yuǎn)，D中操作最合適，選D。.（誤差分析）用圖所示裝置驗(yàn)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(shí)驗(yàn)造成的結(jié)果是（）A.重力勢能的減少量明顯大于動能的增加量.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答案A解析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。3.（實(shí)驗(yàn)原理）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列物理量中需要直接測量的是（）A.重物的質(zhì)量B.重力加速度C.重物下落的高度D.重物下落某一高度所對應(yīng)的瞬時速度答案C解析重物的質(zhì)量不需要測量；重力加速度是已知的；重物下落的高度需要

測量；瞬時速度是根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)計算得出的。故應(yīng)選C。4.（數(shù)據(jù)處理）（多選）如圖所示是用自由落體法驗(yàn)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(yàn)證機(jī)械能守恒定律，下面舉出一些計算n點(diǎn)速度的方法，其中正確的是（）B.vn=g(n-1)TB.vn=g(n-1)TC.D.hnif2T答案CD解析直接利用重力加速度g來計算n點(diǎn)速度，相當(dāng)于用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，A、B均錯誤；n點(diǎn)的速度等于n—1到n+1兩點(diǎn)間的平均速度，故C、D正確。.（實(shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)）（多選）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，有關(guān)重物的質(zhì)量，下列說法正確的是（）A.應(yīng)選用質(zhì)量較大的重物，使重物和紙帶所受的重力遠(yuǎn)大于它們所受的阻力B.應(yīng)選用質(zhì)量較小的重物，使重物的慣性小一些，下落時更接近于自由落體運(yùn)動C.不需要稱量重物的質(zhì)量D.必須稱量重物的質(zhì)量，而且要估讀到0.01g答案AC解析本實(shí)驗(yàn)依據(jù)的原理是用重物自由下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，因此重物的質(zhì)量應(yīng)取得大一些，以便系統(tǒng)所受的阻力和重物的重力相比可以忽略不計，保證重物做自由落體運(yùn)動。對做自由落體運(yùn)動的物體來說，物體的機(jī)械能守恒，即重力勢能的減小量等于其動能的增加量，設(shè)重物質(zhì)量為m，下落高度為h時的速度為v，則有2mv2=mgh，約去m后，有v2=2gh。分別計算對應(yīng)的v2和2gh，看它們在誤差允許范圍內(nèi)是否相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律是否成立。故選A、C。.（實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新）某學(xué)校實(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。數(shù)字計時器f導(dǎo)物 光電乜/d 遮光條氣墊導(dǎo)/ 詞/滑藝????」????…1???I,?????L\I,焉如施NJL+ /鉤碼 連氣源(1)實(shí)驗(yàn)前先調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平；(2)利用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度為力實(shí)驗(yàn)時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間為A看，那么，在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、和(以文字說明并用相應(yīng)的字母表示)；(3)本實(shí)驗(yàn)通過比較和(用測量的物理量符號表示)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，就可以驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。答案(2)滑塊(包含遮光條)的質(zhì)量M滑塊上遮光條的初始位置到光電門的距離smgs2(m+M)(A)2解析(2)由于遮光條通過光電門的時間極短，因此可以利用平均速度來代替瞬時速度，因此滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為。^Adt，計算滑塊(包含遮光條)的動能還需要知道滑塊(包含遮光條)的質(zhì)量M，故還需要測量M。為了計算鉤碼的重力勢能的減小量，還需要知道滑塊上遮光條的初始位置到光電門的距離s。(3)以鉤碼和滑塊(包括遮光條)所組成的系統(tǒng)為研究對象，其重力勢能的減小量為mgs，系統(tǒng)動能的增加量為/m+M)(A)。因此只要比較二者是否相等，即可驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒。.(綜合)某同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時，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)間的距離已測出并標(biāo)在圖中，單位是cm。打點(diǎn)計時器工作頻率為50Hz,重力加速度g取9.8m/s2。) 2.8 3.2 3.6 4.0 4.3(1)設(shè)重物質(zhì)量為m(kg),重物在2點(diǎn)的速度％=，在5點(diǎn)的速度v5=，此過程中動能增加量 AEk=，重力勢能減少量 AEp=。由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：。(2)重物獲得的動能往往 (A.大于B.小于C.等于)減少的重力勢能，實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是。

(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)判斷下列圖像正確的是(其中AEk表示重物動能的變化量，A。表示物體下落的高度)()答案能守恒(1)1.50m/s2.075m/s1.03mJ1.06mJ答案能守恒(2)B重物下落時要克服阻力做功(3)C解析(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，可以求出重物在2點(diǎn)的速度o2=(2.8+32)X10-22X0.02m/s=1.50m/s,(2.8+32)X10-22X0.02m/s=1.50m/s,重物在5點(diǎn)的速度v= -eno m/s=5 2X0.022.075m/s,所以動能增加量為AEk=|mv2—|mv2心1.03mJ,重物從2點(diǎn)到5點(diǎn)，重力勢能減少量為AEp=mgh25=mX9.8X(3.2+3.6+4.0)X10-2J=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)由于重物下落時要克服阻力做功，所以獲得的動能小于減少的重力勢能。(3)重物機(jī)械能守恒，重物減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為增加的動能，即AEk=mgAh,k可見重物增加的動能與下落的高度成正比，C正確。.(實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新)某同學(xué)利用如圖所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。四分之一光滑圓弧軌道豎直放置，軌道邊緣標(biāo)有表示圓心角的刻度，軌道最低點(diǎn)裝有壓力傳感器?，F(xiàn)將小球置于軌道上e刻度處由靜止釋放，當(dāng)其通過最低位置時，讀出壓力傳感器的示數(shù)R已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。壓力傳感器壓力傳感器(1)為驗(yàn)證小球在沿軌道下滑過程中機(jī)械能守恒，實(shí)驗(yàn)中還必須測量的物理量有;A.軌道的半徑RB.小球的質(zhì)量mC.每次小球釋放點(diǎn)離地面的高度hD.每次小球在軌道上運(yùn)動的時間t(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的物理量，則小球在運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒應(yīng)滿足的關(guān)系式為F=；(3)寫出一條提高實(shí)驗(yàn)精確度的建議：。答案(1)B(2)3mg—2mgsin3(3)多次測量取平均值(其他答案合理即可)解析(1)小球沿軌道下滑的過程中，只有重力做功，重力勢能轉(zhuǎn)化為小球的動能，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得mgR(1—sin3)=|mv2①在軌道最低位置處，根據(jù)牛頓第二定律得v2F—mg=mR②聯(lián)立①②式可得mgR(1—sin3)=2R(F—mg),整理得mg(1—sin3)=2(F—mg，③由上式可知，要驗(yàn)證小球沿軌道下滑過程中機(jī)械能守恒，實(shí)驗(yàn)中還必須測量小球的質(zhì)量，故B正確，A、C、D錯誤。(2)由(1)問中③式可得F=3mg—2mgsin3。(3)為提高實(shí)驗(yàn)精確度，可以多次測量取平均值，或者是減小空氣阻力的影響(如減小小球的體積或增大小球的密度等)。.(實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證質(zhì)量分別為m「m2的物體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。物體m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量來驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。如圖乙所示是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶，0點(diǎn)是打下的第一個點(diǎn)，每相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)未畫出，計數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。已知m1=50g,m2=150g,打點(diǎn)計時器的工作頻率為50Hz。(g取10m/s2,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)1 38.40 121.60126.40乙(1)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個操作步驟：A.按照圖示的裝置安裝器件

B.將打點(diǎn)計時器接到直流電源上C.先釋放m2,再接通電源打出一條紙帶D.測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離E.根據(jù)測量的結(jié)果，分別計算系統(tǒng)減少的重力勢能和增加的動能其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是(填選項(xiàng)對應(yīng)的字母);(2)在紙帶上打下計數(shù)點(diǎn)5時的速度v=m/s；(3)在打點(diǎn)0?5過程中系統(tǒng)動能的增加量AEk=J,系統(tǒng)重力勢能的減少量AEp=J,由此得出的結(jié)論是；V2(4)若某同學(xué)作出亍-h圖像如圖丙所示，寫出計算當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的表達(dá)式，并計算出當(dāng)?shù)氐膶?shí)際重力加速度g=m/s2。丙丙0.60在誤差允許的范圍內(nèi)，m0.60在誤差允許的范圍內(nèi)，m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒(m，+mo)v2g=1—2 9.72h(m2一m1)解析(1)在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)將打點(diǎn)計時器接到交流電源上，B錯誤；應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計時器工作穩(wěn)定后再釋放m2,C錯誤。(2)在紙帶上打下計數(shù)點(diǎn)5時的速度v=202r0X10-2m/s=2.4m/s。2X0.1(3)AEk=|(m1+m2)v2=0.58J,系統(tǒng)重力勢能的減少量AEp=(m2—m1)gh=0.60J,因此可得出：在誤差允許的范圍內(nèi)，m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。⑷因?yàn)?(m1+mJ。2=(%一飛)gh,整理得g=2:m—；；，整理也可得到v2(m2—m(m2—m1)g

m1+m2h，所以2V2-h圖像的斜率為g-2=05.22o825.L一」g一2解得g=9.7m/s2。10.(實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新)某探究小組想利用驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的裝置測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，如圖甲所示?？蚣苌涎b有可上下移動位置的光電門1和固定不動的光電門2；框架豎直部分緊貼一刻度尺，零刻度線在上端，可以測量出兩個光電門到零刻度線的距離x1和x2；框架水平部分用電磁鐵吸住一個質(zhì)量為m的小鐵塊，小鐵塊的重心所在高度恰好與刻度尺零刻度線對齊。切斷電磁鐵線圈中的電流時，小鐵塊由靜止釋放，當(dāng)小鐵塊先后經(jīng)過兩個光電門時，與光電門連接的傳感器即可測算出其速度大小v1和v2。小組成員多次改變光電門1的位置，得到多組x1和v1的數(shù)據(jù)，建立如圖乙所示的坐標(biāo)系并描點(diǎn)連線，得出圖線的斜率為ko一=========___==一_====__=三===____=_一=========___==一_====__=三===____=_一_=====_=J12I%%(1)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?用k表示)。(2)若選擇光電門2所在高度為零勢能面，則小鐵塊經(jīng)過光電門1時的機(jī)械能表達(dá)式為(用題中物理量的字母表示)。(3)關(guān)于光電門1的位置，下面哪個做法可以減小重力加速度的測量誤差()A.盡量靠近刻度尺零刻度線B.盡量靠近光電門2C.既不能太靠近刻度尺零刻度線，也不能太靠近光電門2答案(1)；k(2)|mv2+|mk(x2—x1)(3)C解析(1)以零刻度線所在平面為零勢能面，小鐵塊從光電門1運(yùn)動到光電門2的過程中機(jī)械能