9實驗驗證機械能守恒定律

第頁9實驗驗證機械能守恒定律1．在做“用落體法驗證機械能守恒定律”的實驗時，除了鐵架臺、低壓交流電源、刻度尺、紙帶等實驗器材外，還必需的器材應包括()A．秒表B．天平C．打點計時器D．彈簧測力計2．(多選)某位同學做“驗證機械能守恒定律”的實驗，下列操作步驟中正確的是()A．把電磁打點計時器固定在鐵架臺上，并用導線連接到低壓交流電源上B．把連有重錘的紙帶穿過限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度C．先釋放紙帶，再接通電源D．更換紙帶，重復實驗，處理數(shù)據(jù)3．(多選)用自由落體運動驗證機械能守恒定律就是看eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)是否等于mghn(n對應打下的第n個點)．關于該實驗的下列說法中正確的是()A．打點計時器打第一個點O時，重物的速度為0B．hn是計時點n到第一個點O的距離C．m為重物的質量，需用天平稱量D．可以用vn＝gtn計算vn，其中tn＝(n－1)T(T為打點周期)4．在“利用重錘自由下落驗證機械能守恒定律”的實驗中，產(chǎn)生誤差的主要原因是()A．重錘下落的實際高度大于測量值B．重錘下落的實際高度小于測量值C．重錘實際末速度大于gt(g為重力加速度，t為下落時間)D．重錘實際末速度小于gt5．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，紙帶上打出的點如圖L7－9－1所示，若重物的質量為1kg，圖中點P為打點計時器打出的第一個點，則從起點P到打下點B的過程中，重物的重力勢能的減少量ΔEp＝________J，重物的動能的增加量ΔEk＝________J．(打點計時器的打點周期為0.02s，g取9.8m/s2，小數(shù)點后均保留兩位)圖L7－9－16．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，有如下可供選擇的實驗器材：鐵架臺、電磁打點計時器、復寫紙、紙帶、低壓直流電源、天平、停表、導線、開關．其中不必要的器材是________，缺少的器材是__________________________．7．“驗證機械能守恒定律”的實驗采用重物自由下落的方法．已知所用的電磁打點計時器所接電源的頻率為50Hz，查得當?shù)氐闹亓铀俣葹間＝9.80m/s2，重物質量為1kg.某同學選擇了一條較理想的紙帶，用刻度尺測量時各計時點到O點的距離如圖L7－9－2所示，圖中O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C、D分別是連續(xù)打出的計時點，各點到O點的距離如圖所示．從打下O點到打下B點，重物的重力勢能的減少量ΔEp＝________J，動能的增加量ΔEk＝________J．(均保留三位有效數(shù)字)圖L7－9－28．學校實驗小組在做“驗證機械能守恒定律”實驗時，提出了如圖L7－9－3甲、乙所示的兩種方案：甲方案為用自由落體運動進行實驗；乙方案為用小車在木板斜面上下滑進行實驗．(1)組內同學對兩種方案進行了討論分析，最終確定了一個大家認為誤差相對較小的方案，你認為該小組選擇的方案很可能是________(選填“甲”或“乙”)．圖L7－9－3(2)若該小組采用圖甲的裝置打出一條紙帶，如圖L7－9－4所示，相鄰兩點之間的時間間隔為0.02s，請根據(jù)紙帶計算出打下D點時紙帶的速度大小為________m/s(結果保留三位有效數(shù)字)．圖L7－9－4(3)該小組內同學們根據(jù)紙帶算出了打下各點時紙帶的速度，作出v2－h(huán)圖線，則圖線斜率的物理意義是________________________________________________________________________．9．小剛同學用如圖L7－9－5所示的實驗裝置驗證“機械能守恒定律”，他進行如下操作：①用天平測出小球的質量為0.50kg；圖L7－9－5②用游標卡尺測出小球的直徑為10.0mm；③用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為82.05cm；④電磁鐵先通電，讓小球吸在其下端；⑤電磁鐵斷電時，小球自由下落；⑥在小球通過光電門時，計時裝置記下小球通過光電門所用的時間為2.50×10－3s，由此可算出小球通過光電門的速度．(1)由以上測量數(shù)據(jù)可計算出小球重力勢能的減少量ΔEp＝________J，小球動能的變化量ΔEk＝________J．(g取9.8m/s2，結果均保留三位有效數(shù)字)(2)從實驗結果中發(fā)現(xiàn)ΔEp________(選填“稍大于”“稍小于”或“等于”)ΔEk，試分析可能的原因：________________________________________________________________________.10．現(xiàn)利用如圖L7－9－6所示裝置驗證機械能守恒定律．圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30°，1和2是固定在斜面上適當位置的兩個光電門，與它們連接的光電計時器都沒有畫出．讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的光電計時器顯示的擋光時間分別為5.00×10－2s、2.00×10－2s．已知滑塊質量為2.00kg，滑塊沿斜面方向的長度為5.00cm，光電門1和2之間的距離為0.54m，g取9.80m/s2，取滑塊經(jīng)過光電門時紙帶的速度為其平均速度．則：圖L7－9－6(1)滑塊經(jīng)過光電門1時的速度v1＝________m/s，通過光電門2時的速度v2＝________m/s.(2)滑塊通過光電門1、2之間的動能增加量為________J，重力勢能的減少量為________J.11．某同學利用如圖L7－9－7所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．該同學經(jīng)正確操作得到打點紙帶，在紙帶后段每兩個計時間隔取一個計數(shù)點，依次為1、2、3、4、5、6、7，測量各計數(shù)點到第一個點的距離h，并正確求出打相應點時紙帶的速度v.各計數(shù)點對應的數(shù)據(jù)見下表：計數(shù)點1234567h/m0.1240.1940.2790.3800.4970.6300.777v/(m·s－1)1.942.332.733.133.50v2/(m2·s－2)3.765.437.459.8012.30圖L7－9－7請在圖L7－9－8坐標系中，描點作出v2－h(huán)圖線；由圖線可知，重錘下落的加速度g′＝________(保留三位有效數(shù)字)m/s2；若當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2，根據(jù)作出的圖線，能粗略驗證自由下落的重錘機械能守恒的依據(jù)是________________________________________________________________________．圖L7－9－8圖L7－9－912．如圖L7－9－9所示，質量分別為m1和m2的兩個小物塊A和B分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1>m2.現(xiàn)要利用此裝置驗證機械能守恒定律．(1)若選定物塊A從靜止開始下落的過程進行測量，則需要測量的物理量有________(填選項前的字母)．A．物塊的質量m1、m2B．物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間C．物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間D．繩子的長度(2)為提高實驗結果的準確程度，某小組同學對此實驗提出了以下建議，其中確定對提高實驗結果的準確程度有用的是________(填選項前的字母)．A．繩的質量要輕B．在“輕質繩”的前提下，繩子越長越好C．盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖晃D．兩個物塊的質量之差要盡可能小(3)寫出一條上面沒有提到的對提高實驗結果的準確程度有益的建議：____________________．1．C[解析]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，故還需要用打點計時器．2．ABD[解析]在做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，應先接通電源，后釋放紙帶，以保證打第一個點時紙帶的速度為0，故選項C錯誤，A、B、D均正確．3．AB[解析]實驗的原理就是利用重物的自由落體運動來驗證機械能守恒定律，因此打點計時器打第一個點時，重物運動的速度應為零．hn與vn分別表示打第n個點時重物下落的高度和對應的瞬時速度，vn應利用紙帶上的數(shù)據(jù)求出，若用vn＝gtn求vn則已默認機械能守恒了，驗證實驗也就變得無意義了．本實驗中，不需要測量重物的質量，因為公式mghn＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)的兩邊都有m，故只要ghn＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)成立，則mghn＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)就成立，機械能守恒定律也就被驗證了．4．D5．0.490.486．低壓直流電源、天平、停表低壓交流電源、重錘、刻度尺[解析]因為此實驗是通過比較eq\f(1,2)v2和gh是否相等來驗證機械能是否守恒，故不需要測量重錘質量，打點計時器本身就測時間，所以不需要用停表測時間．7．2.742.708．(1)甲(2)1.75(3)當?shù)刂亓铀俣鹊膬杀禰解析](1)一般情況下，甲方案中，重物帶動紙帶下降，摩擦阻力相對重物的重力較小，因此誤差較?。曳桨钢?，摩擦阻力相對重力沿斜面方向的分力較大，因此誤差較大．(2)vD＝eq\f(CE,2T)＝eq\f(OE－OC,2T)＝1.75m/s.(3)由mgh＝eq\f(1,2)mv2，整理得v2＝2gh，圖線斜率為2g，即為當?shù)刂亓铀俣鹊?倍．9．(1)4.024.00(2)稍大于空氣阻力的影響或高度測量中忽略了小球的尺度等[解析](1)小球重力勢能減小量ΔEp＝mgh＝0.5×9.8×0.8205J＝4.02J；小球通過光電門的平均速度為v＝eq\f(d,t)＝eq\f(0.01,2.5×10－3)m/s＝4m/s，小球的動能變化量ΔEk＝eq\f(1,2)mv2＝4.00J．(2)從實驗結果中發(fā)現(xiàn)ΔEp稍大于ΔEk，原因是空氣阻力的影響或高度測量中忽略了小球的尺度等．10．(1)1.002.50(2)5.255.29[解析](1)v1＝eq\f(L,t1)＝eq\f(5.00×10－2,5.00×10－2)m/s＝1.00m/s，v2＝eq\f(L,t2)＝eq\f(5.00×10－2,2.00×10－2)m/s＝2.50m/s.(2)動能增加量ΔEk＝eq\f(1,2)m(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1))＝eq\f(1,2)×2.00×(2.502－1.002)J＝5.25J，重力勢能的減少量ΔEp＝mgxsinθ＝2.00×9.80×0.54×sin30°J＝5.29J.11．如圖所示9.75(9.69～9.79均可)圖線為過原點的直線，所求g′與g基本相等[解析]若機械能守恒，則滿足v2＝2gh，即v2－h(huán)圖線的斜率表示當?shù)氐闹亓铀俣鹊?倍，由所作的圖線可求出斜率為19.5m/s2，故g′＝9.75m/s2，誤差允許的范圍內g′＝g，故機械能守恒．圖線為過坐標原點的一條直線，所求g′與g基本相等，即能粗略驗證自由下落的重錘機械能守恒．12．(1)AB(或AC)(2)AC(3)對同一高度進行多次測量取平均值(或選取受力后伸長最小的繩子等)[解析](1)A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒的表達式為(m1－m2)gl＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v2，其中l(wèi)＝eq\f(v,2)t(l表示A下降或B上升的距離，t為A下降或B上升的時間)，故驗證機械能守恒定律的表達式為(m1－m2)·gl＝eq\f(1,2)(m1