2024-2025學(xué)年新教材高中物理第八章機械能守恒定律5實驗：驗證機械能守恒定律訓(xùn)練含解析新人教版必修2

PAGE5-試驗：驗證機械能守恒定律【基礎(chǔ)鞏固】1.(多選)某同學(xué)利用自由落體運動做驗證機械能守恒定律的試驗,下列操作步驟正確的是 ()A.把電磁打點計時器固定在鐵架臺上,并用導(dǎo)線連接到低壓交變電源上B.將連有重物的紙帶穿過限位孔,將紙帶和重物提升到肯定高度C.先釋放紙帶,再接通電源D.更換紙帶,重復(fù)試驗,依據(jù)記錄處理數(shù)據(jù)答案:ABD2.在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的試驗中,下列說法或做法正確的是 ()A.必需用停表測重物下落的時間B.選用質(zhì)量小的重物可減小試驗誤差C.試驗時必需先用天平測出重物的質(zhì)量D.試驗中不能用公式v=2gh求下落高度h答案:D3.(多選)在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的試驗中,較為志向的紙帶具備的特點是 ()A.點跡小而清楚B.點跡粗長C.第一、二點間的距離接近2mmD.紙帶長度較長(80~100cm)答案:AC4.現(xiàn)有4條用打點計時器(電源頻率為50Hz)打出的紙帶,其中一條是做驗證機械能守恒定律試驗時打出的.為找出該紙帶,某同學(xué)在每條紙帶上取了點跡清楚的、連續(xù)的4個點,用刻度尺測出相鄰兩個點間的距離依次為x1、x2、x3.已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.791m/s2.請你依據(jù)下列x1、x2、x3的測量結(jié)果確定該紙帶為 ()A.61.0mm、65.8mm、70.7mmB.41.2mm、45.1mm、53.0mmC.49.6mm、53.5mm、57.3mmD.60.5mm、61.0mm、60.6mm答案:C5.在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的試驗中:(1)從下列器材中選出試驗所必需的,其編號為.

A.打點計時器(含紙帶)B.重物C.天平 D.毫米刻度尺E.停表 F.運動小車(2)進行試驗時,為保證重物下落時初速度為0,應(yīng).

A.先接通電源,再釋放紙帶B.先釋放紙帶,再接通電源(3)下列說法正確的是.

A.試驗中用打點計時器時,肯定用到低壓直流電源B.選用重物時,同樣大小、形態(tài)的重物選重一點的比較好C.要選用第1、2兩點間的距離接近2mm的紙帶D.試驗結(jié)果總是動能增加量略小于重力勢能的削減量解析:(1)打點計時器(含紙帶)、重物是必需的,為了測量計數(shù)點間的距離,須要刻度尺;試驗通過比較mgh、12mv2的大小關(guān)系得出結(jié)論,而m可約去,所以不須要測出重物的質(zhì)量,不須要用天平;打點計時器本身可以計算時間,所以不須要停表;試驗用的是重物,不須要運動小車(2)起先試驗時,應(yīng)先給打點計時器通電打點,然后再釋放紙帶,以保證重物下落的初速度為0.(3)電火花計時器不用低壓電源,電磁打點計時器用低壓交變電源,選項A錯誤;為了減小空氣阻力的影響,在選擇重物時,要選擇密度大的,即選擇質(zhì)量大體積小的重物,選項B正確;由公式h=12gt2可知,若起先第1、2兩點間的距離約為2mm,則打第1個點時的速度約為0,這樣只需比較gh、12v2的大小關(guān)系即可,選項C正確;由于空氣阻力、紙帶與打點計時器之間的摩擦的影響,試驗結(jié)果總是動能增加量略小于重力勢能的削減答案:(1)ABD(2)A(3)BCD【拓展提高】6.某同學(xué)利用豎直上拋的小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律.頻閃儀每隔0.05s閃光一次,圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實際距離,該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如下表.當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2,小球質(zhì)量m=0.2kg,結(jié)果保留三位有效數(shù)字.時刻t2t3t4t5速度/(m·s-1)5.595.084.58(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5=m/s.

(2)從t2到t5時間內(nèi),重力勢能增加量ΔEp=J,動能削減量ΔEk=J.

(3)在誤差允許的范圍內(nèi),若ΔEp與ΔEk近似相等,從而驗證了機械能守恒定律.由上述計算得ΔEp(選填“>”“<”或“=”)ΔEk,造成這種結(jié)果的主要緣由是.

解析:(1)v5=19.14+21.660.(2)由題給條件知,h25=(26.68+24.16+21.66)cm=0.725m.ΔEp=mgh25=1.42J,ΔEk=12mv22-12mv(3)由(2)中知ΔEp<ΔEk,因為存在空氣阻力,所以重力勢能的增加量小于動能的削減量.答案:(1)4.08(2)1.421.46(3)<存在空氣阻力7.某試驗小組利用如圖所示的試驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒.用刻度尺測得遮光條的寬度為d,試驗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Δt.(1)試驗前須要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平,接通氣源,將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上,若滑塊能保持狀態(tài),則說明導(dǎo)軌是水平的;輕推滑塊,若滑塊能做運動,也說明導(dǎo)軌是水平的.

(2)在本次試驗中還須要測量的物理量有鉤碼的質(zhì)量m、和(用文字說明并用相應(yīng)的字母表示).

(3)本試驗要比較和的大小,若在試驗誤差允許的范圍內(nèi)二者近似相等,則系統(tǒng)的機械能守恒.(用測量的物理量符號表示)

(4)你估計削減的重力勢能和增加的動能哪個可能偏小?.你認(rèn)為造成這種偏差的緣由可能是

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解析:(1)接通氣源,將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上,若滑塊能保持靜止?fàn)顟B(tài),則說明導(dǎo)軌是水平的;輕推滑塊,若滑塊能做勻速直線運動,也說明導(dǎo)軌是水平的.(2)本試驗中鉤碼削減的重力勢能轉(zhuǎn)化為鉤碼和滑塊的動能,所以還須要測出滑塊的質(zhì)量m0以及遮光條初始位置到光電門的距離x.(3)此過程中鉤碼削減的重力勢能為mgx,滑塊運動到光電門時的速度v=dΔt,鉤碼和滑塊增加的動能為12(m+m0)dΔt2.若在試驗誤差允許的范圍內(nèi),mgx與12(m(4)運動過程中存在摩擦力,定滑輪也有質(zhì)量,所以鉤碼削減的重力勢能一方面轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)(包括定滑輪)的動能,另一方面要克服摩擦力做功,所以系統(tǒng)增加的動能小一些.答案:(1)靜止勻速直線(2)滑塊的質(zhì)量m0遮光條初始位置到光電門的距離x(3)mgx12(m+m0)(4)增加的動能存在摩擦力【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】8.如圖甲所示,用包有白紙的質(zhì)量為1.00kg的圓柱替代紙帶和重物,蘸有顏料的毛筆固定在電動機上并隨之轉(zhuǎn)動,用其替代打點計時器.當(dāng)燒斷懸掛圓柱的線后,圓柱自由下落,毛筆就在圓柱表面的紙上畫出記號,如圖乙所示,設(shè)毛筆接觸圓柱時不影響圓柱的運動.測得記號之間的距離依次為26.0mm、42.0mm、58.0mm、74.0mm、90.0mm、106.0mm;電動機銘牌上標(biāo)有“1440r/min”的字樣,由此驗證機械能是否守恒.依據(jù)以上內(nèi)容,回答下列問題:甲乙(1)毛筆畫出相鄰兩條線的時間間隔T=s,圖乙中圓柱的(選填“左”或“右”)端是懸掛端.

(2)依據(jù)圖乙所給的數(shù)據(jù),g取9.8m/s2,可知毛筆畫下記號C時,圓柱下落的速度vC=m/s;畫下記號D時,圓柱下落的速度vD=m/s;從記號C到D圓柱動能的改變量為J,重力勢能的改變量為J,由此可得出的結(jié)論是.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

解析: