9 实验验证机械能守恒定律
1.在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验时,除了铁架台、低压交流电源、刻度尺、纸带等实验器材外,还必需的器材应包括( )
A.秒表B.天平
C.打点计时器D.弹簧测力计 2.(多选)某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验,下列操作步骤中正确的是( ) A.把电磁打点计时器固定在铁架台上,并用导线连接到低压交流电源上 B.把连有重锤的纸带穿过限位孔,将纸带和重锤提升到一定高度 C.先释放纸带,再接通电源
D.更换纸带,重复实验,处理数据
12
3.(多选)用自由落体运动验证机械能守恒定律就是看mvn是否等于mghn(n对应打下的
2第n个点).关于该实验的下列说法中正确的是( )
A.打点计时器打第一个点O时,重物的速度为0 B.hn是计时点n到第一个点O的距离 C.m为重物的质量,需用天平称量
D.可以用vn=gtn计算vn,其中tn=(n-1)T(T为打点周期) 4.在“利用重锤自由下落验证机械能守恒定律”的实验中,产生误差的主要原因是( ) A.重锤下落的实际高度大于测量值 B.重锤下落的实际高度小于测量值
C.重锤实际末速度大于gt(g为重力加速度,t为下落时间) D.重锤实际末速度小于gt
5.在“验证机械能守恒定律”的实验中,纸带上打出的点如图L7-9-1所示,若重物的质量为1kg,图中点P为打点计时器打出的第一个点,则从起点P到打下点B的过程中,重物的重力势能的减少量ΔEp=________J,重物的动能的增加量ΔEk=________J.(打点计
2
时器的打点周期为0.02s,g取9.8m/s,小数点后均保留两位)
图L7-9-1
6.在“验证机械能守恒定律”的实验中,有如下可供选择的实验器材:铁架台、电磁打点计时器、复写纸、纸带、低压直流电源、天平、停表、导线、开关.其中不必要的器材是________,缺少的器材是__________________________.
7.“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法.已知所用的电磁打点计时
2
器所接电源的频率为50Hz,查得当地的重力加速度为g=9.80m/s,重物质量为1kg.某同学选择了一条较理想的纸带,用刻度尺测量时各计时点到O点的距离如图L7-9-2所示,图中O点是打点计时器打出的第一个点,A、B、C、D分别是连续打出的计时点,各点到O点的距离如图所示.从打下O点到打下B点,重物的重力势能的减少量ΔEp=________J,动能的增加量ΔEk=________J.(均保留三位有效数字) K12分别是小学初中高中
小初高试卷类教案类
图L7-9-2
8.学校实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验时,提出了如图L7-9-3甲、乙所示的两种方案:甲方案为用自由落体运动进行实验;乙方案为用小车在木板斜面上下滑进行实验.
(1)组内同学对两种方案进行了讨论分析,最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案,你认为该小组选择的方案很可能是________(选填“甲”或“乙”).
图L7-9-3
(2)若该小组采用图甲的装置打出一条纸带,如图L7-9-4所示,相邻两点之间的时间间隔为0.02s,请根据纸带计算出打下D点时纸带的速度大小为________m/s(结果保留三位有效数字).
图L7-9-4
2
(3)该小组内同学们根据纸带算出了打下各点时纸带的速度,作出v-h图线,则图线斜率的物理意义是________________________________________________________________________.
9.小刚同学用如图L7-9-5所示的实验装置验证“机械能守恒定律”,他进行如下操作:
①用天平测出小球的质量为0.50kg;
K12分别是小学初中高中
小初高试卷类教案类
图L7-9-5
②用游标卡尺测出小球的直径为10.0mm;
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为82.05cm; ④电磁铁先通电,让小球吸在其下端; ⑤电磁铁断电时,小球自由下落;
-3
⑥在小球通过光电门时,计时装置记下小球通过光电门所用的时间为2.50×10s,由此可算出小球通过光电门的速度.
(1)由以上测量数据可计算出小球重力势能的减少量ΔEp=________J,小球动能的变化
2
量ΔEk=________J.(g取9.8m/s,结果均保留三位有效数字)
(2)从实验结果中发现ΔEp________(选填“稍大于”“稍小于”或“等于”)ΔEk,试分析可能的原因:________________________________________________________________________.
10.现利用如图L7-9-6所示装置验证机械能守恒定律.图中AB是固定的光滑斜面,斜面的倾角为30°,1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门,与它们连接的光电计时器都没有画出.让滑块从斜面的顶端滑下,光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光
-2-2
时间分别为5.00×10s、2.00×10s.已知滑块质量为2.00kg,滑块沿斜面方向的长度
2
为5.00cm,光电门1和2之间的距离为0.54m,g取9.80m/s,取滑块经过光电门时纸带的速度为其平均速度.则:
图L7-9-6
(1)滑块经过光电门1时的速度v1=________m/s,通过光电门2时的速度v2=________m/s.
(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为________J,重力势能的减少量为________J.
11.某同学利用如图L7-9-7所示的实验装置验证机械能守恒定律.该同学经正确操作得到打点纸带,在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点,依次为1、2、3、4、5、6、7,测量各计数点到第一个点的距离h,并正确求出打相应点时纸带的速度v.各计数点对应的数据见下表:
计数点 h/m v/(m·s) v/(m·s) K12分别是小学初中高中
22-2-11 0.124 2 0.194 1.94 3.76 3 0.279 2.33 5.43 4 0.380 2.73 7.45 5 0.497 3.13 9.80 6 0.630 3.50 12.30 7 0.777 小初高试卷类教案类
图L7-9-7 2
请在图L7-9-8坐标系中,描点作出v-h图线;由图线可知,重锤下落的加速度g′
22
=________(保留三位有效数字)m/s;若当地的重力加速度g=9.80m/s,根据作出的图线,能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是________________________________________________________________________.
图L7-9-8
图L7-9-9
12.如图L7-9-9所示,质量分别为m1和m2的两个小物块A和B分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m1>m2.现要利用此装置验证机械能守恒定律.
(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量,则需要测量的物理量有________(填选项前的字母).
A.物块的质量m1、m2
B.物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间 C.物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间 D.绳子的长度
(2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出了以下建议,其中确定对提高实验结果的准确程度有用的是________(填选项前的字母). K12分别是小学初中高中
小初高试卷类教案类
A.绳的质量要轻
B.在“轻质绳”的前提下,绳子越长越好 C.尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要摇晃 D.两个物块的质量之差要尽可能小
(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果的准确程度有益的建议:____________________.
1.C [解析]本实验需要测量物体下落的高度来计算重力势能,测定速度来计算物体动能增加量,故还需要用打点计时器.
2.ABD [解析]在做“验证机械能守恒定律”的实验时,应先接通电源,后释放纸带,以保证打第一个点时纸带的速度为0,故选项C错误,A、B、D均正确.
3.AB [解析]实验的原理就是利用重物的自由落体运动来验证机械能守恒定律,因此打点计时器打第一个点时,重物运动的速度应为零.hn与vn分别表示打第n个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度,vn应利用纸带上的数据求出,若用vn=gtn求vn则已默认机械能守恒了,验证实验也就变得无意义了.本实验中,不需要测量重物的质量,因为公式mghn121212
=mvn的两边都有m,故只要ghn=vn成立,则mghn=mvn就成立,机械能守恒定律也就被222验证了. 4.D
5.0.49 0.48
6.低压直流电源、天平、停表 低压交流电源、重锤、刻度尺
12
[解析] 因为此实验是通过比较v和gh是否相等来验证机械能是否守恒,故不需要测
2量重锤质量,打点计时器本身就测时间,所以不需要用停表测时间.
7.2.74 2.70
8.(1)甲 (2)1.75 (3)当地重力加速度的两倍 [解析] (1)一般情况下,甲方案中,重物带动纸带下降,摩擦阻力相对重物的重力较小,因此误差较小.乙方案中,摩擦阻力相对重力沿斜面方向的分力较大,因此误差较大.
CEOE-OC
(2)vD===1.75m/s.
2T2T
122
(3)由mgh=mv,整理得v=2gh,图线斜率为2g,即为当地重力加速度的2倍.
29.(1)4.02 4.00 (2)稍大于 空气阻力的影响或高度测量中忽略了小球的尺度等 [解析] (1)小球重力势能减小量ΔEp=mgh=0.5×9.8×0.8205J=4.02J;小球通过光d0.0112
电门的平均速度为v==-3m/s=4m/s,小球的动能变化量ΔEk=mv=4.00J.(2)
t2.5×102从实验结果中发现ΔEp稍大于ΔEk,原因是空气阻力的影响或高度测量中忽略了小球的尺度
等.
10.(1)1.00 2.50 (2)5.25 5.29
L5.00×10L5.00×10
[解析] (1)v1==-2m/s=1.00m/s,v2==-2m/s=2.50m/s.
t15.00×10t22.00×10121222
(2)动能增加量ΔEk=m(v2-v1)=×2.00×(2.50-1.00) J=5.25J,重力势能的减
22少量ΔEp=mgxsinθ=2.00×9.80×0.54×sin30°J=5.29J. K12分别是小学初中高中
-2
-2
小初高试卷类教案类
11.如图所示 9.75(9.69~9.79均可) 图线为过原点的直线,所求g′与g基本相等
[解析]若机械能守恒,则满足v=2gh,即v-h图线的斜率表示当地的重力加速度的2
22
倍,由所作的图线可求出斜率为19.5m/s,故g′=9.75m/s,误差允许的范围内g′=g,故机械能守恒.
图线为过坐标原点的一条直线,所求g′与g基本相等,即能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒.
12.(1)AB(或AC) (2)AC (3)对同一高度进行多次测量取平均值(或选取受力后伸长最小的绳子等)
1v2
[解析] (1)A、B组成的系统机械能守恒的表达式为(m1-m2)gl=(m1+m2)v,其中l=
22t(l表示A下降或B上升的距离,t为A下降或B上升的时间),故验证机械能守恒定律的表2l21达式为(m1-m2)·gl=(m1+m2),测量的物理量为m1、m2、l、t,故应选A、B或A、C.
2t(2)由上述分析可见,没有考虑软绳机械能的变化,故采用轻绳以忽略绳的机械能,计
算A、B速度时考虑的是二者沿绳方向的速度,故应保持两物块只沿竖直方向运动,不要摇晃.
(3)可从实验条件和测量的量出发考虑问题:如对同一高度进行多次测量取平均值以减小偶然误差;选取受力后相对伸长量小的绳子以忽略绳势能的变化,且使A、B运动的距离相同.
2
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K12分别是小学初中高中
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