2023春新教材高中物理第8章機(jī)械能守恒定律5實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課后提能訓(xùn)練新人教版

第八章5A組·水平過關(guān)1．用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，打出如圖甲所示的一條紙帶．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率為50Hz.(1)根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù)，得出打下C點(diǎn)時(shí)重物的速度為______m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．(2)某同學(xué)選用兩個(gè)形狀相同，質(zhì)量不同的重物a和b進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得幾組數(shù)據(jù)，畫出eq\f(v2,2)－h(huán)圖像，并求出圖線的斜率k，如圖乙所示，由圖像可知a的質(zhì)量m1______(填“大于”或“小于”)b的質(zhì)量m2.(3)通過分析發(fā)現(xiàn)造成k2值偏小的原因是實(shí)驗(yàn)中存在各種阻力，已知實(shí)驗(yàn)所用重物的質(zhì)量m2＝0.052kg，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.78m/s2，求出重物所受的平均阻力f＝________N．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)【答案】(1)2.25(2)大于(3)0.031【解析】(1)C點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于BD段的平均速度，則有vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(31.23－22.24×10－2,2×0.02)m/s＝2.25m/s.(2)根據(jù)動(dòng)能定理，得(mg－f)h＝eq\f(1,2)mv2，則有eq\f(v2,2)＝eq\f(mg－f,m)h，知圖線的斜率為k＝eq\f(mg－f,m)＝g－eq\f(f,m)，b的斜率小，知b的質(zhì)量小，所以a的質(zhì)量m1大于b的質(zhì)量m2.(3)根據(jù)動(dòng)能定理知(m2g－f)h＝eq\f(1,2)m2v2，則有eq\f(v2,2)＝eq\f(m2g－f,m2)h，可知k2＝eq\f(m2g－f,m2)＝9.18，代入數(shù)據(jù)，解得f≈0.031N.2．在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，使質(zhì)量為m＝1.00kg的重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如圖所示．O為打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為從合適位置開始選取連續(xù)點(diǎn)中的三個(gè)點(diǎn)．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間(g取9.8m/s2)，那么：(1)根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應(yīng)取圖中O點(diǎn)到________點(diǎn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．(2)從O點(diǎn)到(1)問中所取的點(diǎn)，重物重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝________J，動(dòng)能增加量ΔEk＝________J．(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(3)測(cè)出紙帶上所有各點(diǎn)到O點(diǎn)之間的距離，根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)的速度v及物體下落的高度h，若以eq\f(v2,2)為縱軸，以h為橫軸，畫出的圖像如圖所示，________(填“能”或“不能”)僅憑圖像形狀判斷出重物下落過程中機(jī)械能守恒．【答案】(1)B(2)1.881.84(3)不能【解析】(1)驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)，我們驗(yàn)證的是減少的重力勢(shì)能ΔEp＝mgh和增加的動(dòng)能ΔEk＝eq\f(1,2)mv2之間的關(guān)系，所以我們要選擇能夠測(cè)h和v的數(shù)據(jù)．故選B點(diǎn)．(2)減少的重力勢(shì)能為ΔEp＝mgh＝1×9.8×19.2×10－2J≈1.88J，B點(diǎn)的速度為vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(23.23－15.55,2×0.02)×10－2m/s＝1.92m/s，所以動(dòng)能增加量為ΔEk＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×1.922J≈1.84J.(3)根據(jù)機(jī)械能守恒可知mgh＝eq\f(1,2)mv2，得出eq\f(v2,2)＝gh，因此eq\f(v2,2)－h(huán)圖線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線，不能憑此圖像形狀判斷重物下落過程中是否機(jī)械能守恒，原因是無法知道此圖像斜率是否等于重力加速度．3．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中(1)羅同學(xué)選用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，則應(yīng)接________(填“甲”或“乙”)圖中的電源．(2)釋放紙帶前，下列操作正確的是______．(3)圖丙為羅同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，“0”點(diǎn)為打下的第一個(gè)點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02s，重物的質(zhì)量為300g，打下第5個(gè)點(diǎn)時(shí)重物減小的重力勢(shì)能為________J(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字，該地重力加速度g取9.8m/s2)．【答案】(1)乙(2)C(3)0.126±0.002【解析】(1)羅同學(xué)選用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，應(yīng)該接220V交流電源，則應(yīng)按乙圖中的方法連接電源．(2)釋放紙帶前，應(yīng)該用手提著紙帶的一端使紙帶在豎直方向，且重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，故圖C正確．(3)打下第5個(gè)點(diǎn)時(shí)重物減小的重力勢(shì)能為ΔEp＝mgh＝0.3×9.8×4.3×10－2J≈0.126J.B組·能力提升4．用如圖甲所示的裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”．(1)下列物理量需要測(cè)量的是________，通過計(jì)算得到的是________．(填寫代號(hào))A．重錘質(zhì)量B．重力加速度C．重錘下落的高度D．與下落高度對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度(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為相鄰的連續(xù)點(diǎn)．根據(jù)測(cè)得的s1、s2、s3、s4寫出重物由B點(diǎn)到D點(diǎn)勢(shì)能減少量的表達(dá)式________________，動(dòng)能增加量的表達(dá)式________________．由于重錘下落時(shí)要克服阻力做功，所以該實(shí)驗(yàn)的動(dòng)能增加量總是________(填“大于”“等于”或“小于”)重力勢(shì)能的減少量．【答案】(1)CD(2)mg(s3－s1)eq\f(ms4s4－2s2,8T2)小于【解析】(1)重錘的質(zhì)量可測(cè)可不測(cè)，因?yàn)閯?dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的減小量式子中都有質(zhì)量，可以約去．需要測(cè)量的物理量是C；重錘下落的高度，通過計(jì)算得到的物理量是D；與下落高度對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度．(2)重物由B點(diǎn)到D點(diǎn)勢(shì)能減少量的表達(dá)式為ΔEp＝mg(s3－s1)，B點(diǎn)的速度vB＝eq\f(s2,2T)，D點(diǎn)的速度vD＝eq\f(s4－s2,2T)，則動(dòng)能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(ms4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(s4－2s2)),8T2)；由于重錘下落時(shí)要克服阻力做功，有內(nèi)能產(chǎn)生，根據(jù)能量守恒定律知，該實(shí)驗(yàn)的動(dòng)能增量總是小于重力勢(shì)能的減小量．5．如圖甲所示是用“落體法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置．(g取9.80m/s2)甲(1)選出一條清晰的紙帶如圖乙所示．其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50Hz的交變電流．用分度值為1mm的刻度尺測(cè)得OA＝12.41cm，OB＝18.90cm，OC＝27.06cm，在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B、B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn)．重錘的質(zhì)量為1.00kg.甲同學(xué)根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了______J；此時(shí)重錘的速度vB＝______m/s.此時(shí)重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了________J．(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)乙(2)某同學(xué)利用他自己實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶，測(cè)量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距離h，算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v，然后以h為橫軸、以eq\f(1,2)v2為縱軸作出了如圖丙所示的圖線．圖線的斜率近似等于()A．19.6B．9.8C．4.90圖線未過原點(diǎn)O的原因是__．丙【答案】(1)1.851.831.68(2)B先釋放了紙帶，后合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的開關(guān)【解析】(1)當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減小量ΔEp＝mg·OB＝1.00×9.80×18.90×10－2J≈1.85J；打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度vB＝eq\f(OC－OA,4T)＝eq\f(27.06－12.41×10－2,4×0.02)m/s≈1.83m/s，此時(shí)重錘的動(dòng)能增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mve