【同步備課】2020年高中物理課時訓(xùn)練(新人教必修二)7.9《實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》3

9試驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒守律(時間：60分鐘)學(xué)問點(diǎn)基礎(chǔ)中檔稍難試驗(yàn)原理及操作1、2、3、54試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析67、8、9綜合提升10學(xué)問點(diǎn)一試驗(yàn)原理及操作1．在用自由落體運(yùn)動“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，下列物理量中要通過工具測量和計算得到的有()．A．重錘的質(zhì)量B．重力加速度C．重錘下落的高度D．與重錘下落高度對應(yīng)的重錘瞬時速度解析通過試驗(yàn)原理可知，重錘下落高度要用毫米刻度尺直接測量，下落這一高度時對應(yīng)的速度用平均速度求出，故需用工具測量的是C，通過計算得到的是D.答案CD2．下列關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)的試驗(yàn)誤差的說法正確的是()．A．重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會造成較大誤差B．重物質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C．重物質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差D．先釋放紙帶后接通電源會造成較大誤差解析在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，我們只需比較ghn與eq\f(1,2)vn2的值即可，與重物質(zhì)量無關(guān)，因此，選項(xiàng)A錯誤．若將重物質(zhì)量選得大些，則在重物下落過程中，空氣阻力可忽視不計，有利于減小誤差，所以選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C錯誤．先釋放紙帶后接通電源，紙帶先下落而后打點(diǎn)，此時，紙帶上最初兩點(diǎn)的點(diǎn)跡間隔較正常時略大，用此紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)果是，重物在打第一個點(diǎn)時就有了初動能，而我們計算動能增加量時認(rèn)為初動能為0，因此會造成較大誤差，故選項(xiàng)D正確．答案BD3．某位同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)，下列操作步驟中錯誤的是()．A．把打點(diǎn)計時器固定在鐵架臺上，用導(dǎo)線連接到低壓溝通電源B．將連有重錘的紙帶穿過限位孔，將紙帶和重錘提升到肯定高度C．先釋放紙帶，再接通電源D．更換紙帶，重復(fù)試驗(yàn)，依據(jù)記錄處理數(shù)據(jù)解析使用打點(diǎn)計時器的試驗(yàn)均需先通電且打點(diǎn)穩(wěn)定時才能松開紙帶．答案C4．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)中，需要特殊留意的有()．A．稱出重錘的質(zhì)量B．手提紙帶，先接通打點(diǎn)計時器電源，再松開紙帶讓重錘落下C．取下紙帶，可以不考慮前面較密集的點(diǎn)，選某個清楚的點(diǎn)作為起始運(yùn)動點(diǎn)處理紙帶，驗(yàn)證mgh＝eq\f(1,2)mv2D．必需選取第1、2兩點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶，從第1點(diǎn)算起處理紙帶，驗(yàn)證mgh＝eq\f(1,2)mv2解析驗(yàn)證的是重力勢能的削減量mgh是否等于動能的增加量eq\f(1,2)mv2，沒有必要知道重錘的質(zhì)量，所以A項(xiàng)不正確．比較重力勢能的削減量mgh與物體動能增加量eq\f(1,2)mv2是否相等，二者必需相對應(yīng)，只有h從初速度為零的點(diǎn)量起，在此過程中對應(yīng)的動能的增加量才為eq\f(1,2)mv2－0＝eq\f(1,2)mv2，否則動能增加量應(yīng)為eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mv02，也只有選第1、2兩點(diǎn)間距接近2mm左右的紙帶，且從第1點(diǎn)量起才能用mgh＝eq\f(1,2)mv2，所以選項(xiàng)D項(xiàng)正確，C項(xiàng)不正確．答案BD5．(2010·新課標(biāo)全國)圖7-9-7為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點(diǎn)計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平．回答下列問題：圖7-9-7(1)為完成此試驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有________．(填入正確選項(xiàng)前的字母)A．米尺B．秒表C．0～12V的直流電源D．0～12V的溝通電源(2)試驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的緣由有________．(寫出兩個緣由)解析打點(diǎn)計時器需接溝通電源；需要用米尺測量紙帶上打出的點(diǎn)之間的距離．答案(1)AD(2)①紙帶與打點(diǎn)計時器之間有摩擦②用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時讀數(shù)有誤差③計算勢能變化時，選取始末兩點(diǎn)距離過近④溝通電頻率不穩(wěn)定學(xué)問點(diǎn)二試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析6．用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中：(1)運(yùn)用公式eq\f(mv2,2)＝mgh對試驗(yàn)條件的要求是________，為此，所選擇的紙帶第1、2兩點(diǎn)間的距離應(yīng)接近________．(2)若試驗(yàn)中所用重錘的質(zhì)量m＝1kg，打點(diǎn)紙帶如圖7-9-8所示，打點(diǎn)時間間隔為0.02s，則記錄B點(diǎn)時，重錘速度vB＝________，重錘動能Ek＝________，從開頭下落起至圖7-9-8解析(1)物體自由下落時，在0.02s內(nèi)的位移大小應(yīng)為h＝eq\f(1,2)gt2＝eq\f(1,2)×9.8×(0.02)2m≈2mm.(2)vB＝＝eq\f(（31.4－7.8）×10－3,2×0.02)m/s＝0.59m/s，此時重錘的動能為Ek＝eq\f(1,2)mvB2＝eq\f(1,2)×1×(0.59)2J≈0.17J，物體的重力勢能削減量為ΔEp＝mgh＝1×9.8×17.6×10－3J≈0.17J.答案(1)打第一個點(diǎn)時重錘的初速度為零2(2)0.59m/s0.17J0.17J7．光電計時器是物理試驗(yàn)中經(jīng)常用到的一種精密計時儀器，它由光電門和計時器兩部分組成，光電門的一臂的內(nèi)側(cè)附有發(fā)光裝置(放射激光的裝置是激光二極管，發(fā)出的光束很細(xì))，如圖7-9-9中的A和A′，另一臂的內(nèi)側(cè)附有接收激光的裝置，如圖中的B和B′，當(dāng)物體在它們之間通過時，二極管發(fā)出的激光被物體攔住，接收裝置不能接收到激光信號，同時計時器就開頭計時，直到擋光結(jié)束光電計時器停止計時，故此裝置能精確地記錄物體通過光電門所用的時間．現(xiàn)有一小球從兩光電門的正上方開頭自由下落，如圖所示，圖7-9-9(1)若要用這套裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，則要測量的物理量有________(每個物理量均用文字和字母表示，如高度H)(2)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的關(guān)系式為_______________________________．解析(1)需要測量的物理量有：小球直徑D，兩光電門間的豎直高度差H，小球通過上下兩光電門的時間Δt1、Δt2.則小球通過上、下兩光電門處的速度分別為eq\f(D,Δt1)、eq\f(D,Δt2).(2)驗(yàn)證守恒關(guān)系式為：eq\f(1,2)m(eq\f(D,Δt2))2－eq\f(1,2)m(eq\f(D,Δt1))2＝mgH，化簡得：eq\f(D2,Δt22)－eq\f(D2,Δt12)＝2gH.答案(1)小球直徑D、兩光電門間的豎直高度H、小球通過上下兩光電門的時間Δt1、Δt2(2)eq\f(D2,Δt22)－eq\f(D2,Δt12)＝2gH8．某同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)時，不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分損壞了，他測出剩下的一段紙帶上的各個點(diǎn)間的距離如圖7-9-10所示，已知打點(diǎn)計時器的工作頻率為50Hz，重力加速度g＝9.8m/s2圖7-9-10解析依據(jù)勻變速直線運(yùn)動在某一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度，可分別求得2、5點(diǎn)的速度．有：v2＝eq\f(（2.8＋3.2）×10－2,2×0.02)m/s＝1.50m/s，v5＝eq\f(（4.0＋4.3）×10－2,2×0.02)m/s＝2.075m/s.2、5兩點(diǎn)間的距離h25＝(3.2＋3.6＋4.0)×10－2m＝1.08×10－1ΔEp＝mgh25＝m×9.8×1.08×10－1J≈m×1.06J，ΔEk＝eq\f(1,2)mv52－eq\f(1,2)mv22＝eq\f(1,2)m(2.0752－1.502)J≈1.03mJ.比較可得：在誤差允許的范圍內(nèi)，ΔEp和ΔEk近似相等，重錘削減的重力勢能近似等于重錘增加的動能，可以認(rèn)為機(jī)械能守恒定律成立．答案見解析9．在驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2.某同學(xué)選擇了一條抱負(fù)的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)刻度尺的讀數(shù)如圖7-9-11所示，圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計時器打出的第一個點(diǎn)，且與刻度尺的0刻度線對齊．A、B、C、D分別是每打兩個點(diǎn)取出的計數(shù)點(diǎn)，則重物由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)時，(重物質(zhì)量為圖7-9-11求：(1)重力勢能削減量為多少？(2)動能增加量為多少？(3)依據(jù)數(shù)據(jù)得出什么結(jié)論？產(chǎn)生誤差的緣由是什么？解析(1)重力勢能削減量ΔEp＝mghOB＝1.911m(2)重物下落到B點(diǎn)時速度vB＝eq\f(hAC,4T)＝1.944m/s增加的動能為ΔEk＝eq\f(1,2)mvB2＝1.89m.(3)在試驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，重錘重力勢能削減量等于動能的增加量即機(jī)械能守恒．重錘的重力勢能減小略大于其動能增加，其緣由是下落過程中克服阻力做功，機(jī)械能略有損失．答案(1)1.911m(2)1.89m(3)在試驗(yàn)誤差允許重錘的重力勢能減小略大于其動能增加，其緣由是下落中克服阻力做功，機(jī)械能略有損失．10．如圖7-9-12所示，兩個質(zhì)量各為m1和m2的小物塊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(yàn)證機(jī)械能守恒定律．圖7-9-12(1)若選定物塊A從靜止開頭下落的過程進(jìn)行測量，則需要測量的物理量有________．(在橫線上填入選項(xiàng)前的編號)①物塊的質(zhì)量m1、m2；②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間；③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間；④繩子的長度．(2)為提高試驗(yàn)結(jié)果的精確?????程度，某小組同學(xué)對此試驗(yàn)提出以下建議：①繩的質(zhì)量要輕；②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好；③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動，不要搖擺；④兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能大．以上建議中的確對提高精確?????程度有作用的是________．(在橫線上填入選項(xiàng)前的編號)(3)寫出一條上面沒有提到的對提高試驗(yàn)結(jié)果精確?????程度有益的建議：_____________________________________________________________________________________________________________________________.解析(1)通過連結(jié)在一起的A、B兩物體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，即驗(yàn)證系統(tǒng)的重力勢能變化與動能變化是否相等，A、B連結(jié)在一起，A下降的距離肯定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的，故②、③只測其