【名師一號】2021年人教版物理雙基限時練-必修二：第七章-9實驗：驗證機械能守恒定律

雙基限時練(二十三)試驗：驗證機械能守恒定律1．在“驗證機械能守恒定律”的試驗中，需要直接測量和間接測量的數(shù)據(jù)是重物的()A．質(zhì)量 B．下落時間C．下落高度 D．瞬時速度解析本試驗要驗證在只有重力做功的狀況下，機械能守恒，從紙帶上直接測量物體下落的高度，并通過紙帶上的點測定物體在某位置時的瞬時速度．答案CD2．在“驗證機械能守恒定律”的試驗中，對于自由下落的重物，下述選擇的條件更為有利的是()A．只要足夠重就可以B．只要體積足夠小就可以C．既要足夠重，又要體積足夠小D．應(yīng)當(dāng)密度大些，還應(yīng)便于夾緊紙帶解析在驗證機械能守恒定律的試驗中，阻力與重力相比越小，試驗中的誤差就越小，所以選擇下落的重物時應(yīng)既要重，體積又小，即密度要大些，而且還應(yīng)便于夾緊紙帶，故C、D選項正確．答案CD3．在“驗證機械能守恒定律”的試驗中，某同學(xué)依據(jù)紙帶求得相關(guān)各點的瞬時速度，以及與此相對應(yīng)的下落距離h，以v2為縱軸，以h為橫軸，建立坐標(biāo)系，描點后畫出變化圖線，從而驗證機械能守恒定律，若全部操作均正確，則得到的v2－h(huán)圖象應(yīng)是下圖中的()解析由eq\f(1,2)mv2＝mgh得v2＝2gh，所以v2∝h，所畫v2－h(huán)圖象是一通過原點的直線．答案C4.為驗證在自由落體過程中物體的機械能是守恒的，某同學(xué)利用試驗系統(tǒng)設(shè)計了一個試驗，試驗裝置如圖所示，圖中A、B兩點分別固定了兩個速度傳感器，速度傳感器可以測出運動物體的瞬時速度．在試驗中測得一物體自由下落經(jīng)過A點時的速度是v1，經(jīng)過B點時的速度是v2，為了證明物體經(jīng)過A、B兩點時的機械能相等，這位同學(xué)又設(shè)計了以下幾個步驟，你認(rèn)為其中不必要或者錯誤的是()A．用天平測出物體的質(zhì)量B．測出A、B兩點間的豎直距離C．測量物體的質(zhì)量，利用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)算出物體從A點運動到B點的過程中動能的變化量D．驗證veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)與2gh是否相等答案AC5．在做“驗證機械能守恒定律”試驗時，打點計時器的電源頻率是50Hz.某同學(xué)先后打出兩條紙帶，紙帶Ⅰ上從第1點開頭的相鄰點間的距離依次為：1.9mm、6.0mm、10.0mm、14.0mm；紙帶Ⅱ上從第1點開頭的相鄰各點間的距離依次為：2.5mm、6.0mm、11.5mm、16.3mm.那么應(yīng)選用紙帶________進(jìn)行測量和計算．依據(jù)你所選用的紙帶，利用第2、3兩點間的距離和第4、5兩點間的距離，可以計算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊拇笮開_______．在打第3點時重物的瞬時速度為________m/s.為了驗證機械能守恒定律，應(yīng)當(dāng)計算出打第2、3、4點時物體削減的________和增加的________，然后比較它們的數(shù)值在試驗允許誤差范圍內(nèi)是否近似相等．解析打點計時器使用的為50Hz的溝通電，每兩個自然點之間的時間間隔為0.02s，假如物體做自由落體運動，第一個0.02s的位移h＝eq\f(1,2)gΔt2≈2mm，所以紙帶的第一、二兩點的距離接近2mm的紙帶，說明紙帶釋放的時間合適，正好在打第一個點時釋放，用該條紙帶的數(shù)據(jù)，試驗結(jié)果誤差較小，故應(yīng)選紙帶Ⅰ.利用Δx＝2gT2，g＝eq\f(14.0－6.0×10－3,2×0.022)m/s2＝10m/s2，v3＝eq\f(10.0＋6.0×10－3,2×0.02)m/s＝0.4m/s.物體下落過程中，重力勢能削減，動能增加，Ep的削減量和Ek的增加量相等，則過程中機械能守恒．答案Ⅰ10.0m/s20.40重力勢能動能6．圖中甲、乙兩圖都是利用“驗證機械能守恒定律”的試驗來測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭值的裝置示意圖．已知打點計時器的打點頻率為50Hz.甲乙丙(1)這兩圖相比較，用哪個圖所示的裝置試驗較好？簡潔說明理由．(2)上圖中的丙是接受較好的裝置并按正確的試驗步驟進(jìn)行試驗打出的一條紙帶，其中O點為打點的第一個點，標(biāo)為1，后面依次打下的一系列點跡分別為2、3、4、5…….經(jīng)測量，第15至17點間的距離為11.69cm，第1至第16點間的距離為43.83cm，則打下第16個點時，重物下落的速度大小為________m/s.在試驗誤差允許的范圍內(nèi)，可認(rèn)為重物在下落的過程中機械能守恒，由此求得重力加速度值為g＝________m/s2(要求保留3位有效數(shù)字)．解析(1)用甲圖所示的裝置試驗較好．由于用夾子固定，可以避開乙圖由于手的抖動而造成紙帶上的第1個點跡被拖長和位置不確定的現(xiàn)象．另外由于用夾子固定紙帶，便于紙帶調(diào)整到豎直方向，以避開紙帶與打點計時器(限位孔)之間產(chǎn)生較大的摩擦，而乙圖中用手握住紙帶，難于做到這一點．(2)v16＝eq\f(0.1169,0.02×2)m/s＝2.92m/s.由mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,16)，得：g＝eq\f(v\o\al(2,16),2h)＝eq\f(2.922,2×0.4383)m/s2＝9.74m/s2.答案(1)甲圖，理由見解析(2)2.929.747．用如圖所示的試驗裝置“驗證機械能守恒定律”．試驗所用的電源為同學(xué)電源，輸出電壓為6V的溝通電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開頭落下，重錘上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進(jìn)行測量，即可驗證機械能守恒定律．(1)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值，如下圖所示．依據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起始點O的距離為s0，點A、C間的距離為s1，點C、E間的距離為s2，使用溝通電的頻率為f，則依據(jù)這些條件計算重錘下落的加速度a的表達(dá)式為：a＝________.(2)在“驗證機械能守恒定律”的試驗中發(fā)覺，重錘減小的重力勢能總是大于重錘增加的動能，其緣由主要是由于在重錘下落過程中存在著阻力的作用，可以通過該試驗裝置測定該阻力的大?。粢阎?dāng)?shù)刂亓铀俣裙J(rèn)的較精確?????的值為g，還需要測量的物理量是________．試用這些物理量和紙帶上的測量數(shù)據(jù)表示出重錘下落的過程中受到的平均阻力大小為F＝________.解析(1)依據(jù)勻變速直線運動規(guī)律Δs＝aT2，有a＝eq\f(Δs,T2)＝eq\f(s2－s1,2T2)＝eq\f(s2－s1,4)f2.(2)依據(jù)牛頓其次定律有：mg－F＝ma，得F＝mg－ma＝m．故需要測量的物理量為重錘的質(zhì)量m.答案(1)eq\f(s2－s1,4)f2(2)重錘的質(zhì)量mm8．為了測定一根輕彈簧壓縮最短時能儲存的彈性勢能的大小，可以將彈簧固定在一帶有凹槽軌道的一端，并將軌道固定在水平桌面邊緣上，如圖所示，用鋼球?qū)椈蓧嚎s至最短，最終突然釋放，鋼球?qū)⒀剀壍里w出桌面，試驗時(1)需要測定的物理量為________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)計算彈簧最短時彈性勢能的關(guān)系式是Ep＝________.解析(1)需要測定的物理量有：鋼球質(zhì)量m、桌面高度h、鋼球落點與飛出點的水平距離s.(2)彈簧最短時的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為鋼球平拋時的初動能，Ep＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，而依據(jù)平拋運動規(guī)律有：h＝eq\f(1,2)gt2，s＝v0t得，v0＝eq\f(s,\r(\f(2h,g)))，故Ep＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(mgs2,4h).答案(1)鋼球質(zhì)量m、桌面高度h、鋼球落點與飛出點的水平距離s(2)eq\f(mgs2,4h)9．如圖所示，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)要利用此裝置驗證機械能守恒定律．(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____________．(填入選項前的編號)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)為提高試驗結(jié)果的精確?????程度，某小組同學(xué)對此試驗提出以下建議：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動，不要搖擺；④兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能?。陨辖ㄗh中確定對提高精確?????程度有作用的是____________．(填入選項前的編號)(3)寫出一條上面沒有提到的對提高試驗結(jié)果精確?????程度有益的建議：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.答案(1)①②或①③(2)①③(3)例如：“對同一高度進(jìn)行多次測量取平均值”；“選取受力后相對伸長盡量小的繩”等．10．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．(1)試驗前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何推斷導(dǎo)軌是否水平？(2)測得遮光條的寬度d＝0.50cm；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＝2.0×10－2s，則滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為________m/s.在本次試驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、________和________(文字說明并用相應(yīng)的字母表示)．(3)本試驗通過比較________和________在試驗誤差允許的范圍內(nèi)相等(用測量的物理量符號表示)，從而驗證了系統(tǒng)的機械能守恒．解析(1)氣源工作后，滑塊不掛鉤碼，靜止放在氣墊導(dǎo)軌上，假如能處于靜止?fàn)顟B(tài)說明氣墊導(dǎo)軌水平．(2)滑塊通過光電門的瞬時速度v＝eq\f(d,Δt)＝eq\f(0.50×10－2,2.0×10－2)m/s＝0.25m/s，本次試驗中還需測量的物理量有鉤碼的質(zhì)量m，滑塊的質(zhì)量M，滑塊到光電門