高中物理人教版第七章机械能守恒定律 课时作业20

课时作业(二十)实验：验证机械能守恒定律[基础训练]1．在“用自由落体法验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要测量的有()A．重物的质量B．重力加速度C．重物下落的高度D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度答案：CD解析：本实验无需测量重物的质量，重力加速度需用当地的重力加速度．2．用自由落体法验证机械能守恒定律，就是看eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)是否等于mghn(n为计数点的编号0、1、2、…、n)．下列说法中正确的是()A．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零B．hn是计数点n到起始点0的距离C．必须测量重物的质量D．用vn＝gtn计算vn时，tn＝(n－1)T(T为打点周期)答案：AB解析：本实验的原理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，A正确．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，B正确．本实验中，不需要测量重物的质量，因为等式mgh＝eq\f(1,2)mv2的两边都有m，故只要gh＝eq\f(1,2)v2成立，mgh＝eq\f(1,2)mv2就成立，机械能守恒定律也就被验证了，C错误．实验中应用公式eq\x\to(v)＝veq\f(t,2)来计算vn，D错误．3．在“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)实验的研究对象是________(填“纸带”或“重物”)．(2)供选择的重物有以下四个应选择()A．质量为100g的钩码B．质量为10g的砝码C．质量为200g的木球D．质量为10g的塑料球(3)给打点计时器提供的电源如下，应选择()A．4节干电池B．3节蓄电池C．学生电源4～6V，交流输出D．学生电源4～6V，直流输出答案：(1)重物(2)A(3)C4．“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图示的甲或乙方案来进行．丙丁(1)比较这两种方案，____________(填“甲”或“乙”)方案好些．(2)该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带．请指出该同学在实验中存在的两处明显错误或不当的地方：①__________________；②______________________________.(3)某同学通过实验方案甲验证机械能守恒，已知当地重力加速度g＝9.80m/s2.实验选用重锤质量为0.5kg，纸带上连续的点A、B、C、D至O点的距离如丁图所示(O点为开始下落点)，则重锤从O运动到C，重力势能减少________J，重锤经过C时，其动能增加________J.答案：(1)甲(2)打点计时器接了直流电源重物离打点计时器太远了(3)5．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取出的计数点．根据以上数据，可知重物(质量为m)由O点运动到B点时：(1)重力势能的减少量为________；(2)动能的增加量为________；(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？答案：(1)1.911m(2)1.864解析：(1)重力势能的减少量为ΔEp减＝mghOB＝m××＝1.911(2)重物下落到B点时的速度vB＝eq\f(hAC,T)＝eq\f5,4×m/s＝1.931m/s所以重物从开始下落到B点增加的动能为ΔEk增＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)m×2＝1.864m(3)从(1)、(2)中计算的数据得出在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其动能的增加，机械能守恒．重物减少的重力势能略大于其增加的动能，原因是重物在下落时要受到阻力作用(打点计时器对纸带的摩擦力、空气阻力)，克服阻力做功．6．某同学做验证机械能守恒定律的实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分．剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm.打点计时器工作频率为50Hz，重力加速度取g＝9.8m/s2.(1)重物在2点的速度v2＝________，在5点的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________.由以上可得出实验结论：____________________.(2)根据实验判断下列图象正确的是(其中ΔEk表示重物动能的变化量，Δh表示重物下落的高度)()答案：(1)1.50m/s2.075m/s1.03mJ1.06解析：(1)根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度v2＝eq\f(＋×10－2,2×m/s＝1.50m/s和重物在5点的速度v5＝eq\f(＋×10－2,2×m/s＝2.075m/s，所以动能增加量为ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＝1.03mJ．重物从2点到5点，重力势能减少量为ΔEp＝mgh25＝m××＋＋×10－2J＝1.06mJ，由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒．(2)重物机械能守恒，应有重物减少的重力势能转化为增加的动能，即ΔEk＝mgΔh，可见重物增加的动能与下落的距离成正比，选项C正确．[能力提升]7．某实验小组利用如图所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？(2)测得遮光条的宽度d＝0.50cm.实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt＝×10－2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为________m/s.在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、__________和________(文字说明并用相应的字母表示)．(3)本实验通过比较__________和__________在实验误差允许的范围内相等(用测量的物理量符号表示)，从而验证了系统的机械能守恒．答案：(1)见解析(2)滑块质量M滑块到光电门的距离L(3)mgLeq\f(1,2)(m＋M)(eq\f(d,Δt))2解析：(1)气源工作后，滑块不挂钩码，静止放在气垫导轨上，如果能处于静止状态说明气垫导轨水平．(2)滑块通过光电门的瞬时速度v＝eq\f(d,Δt)＝eq\f×10－2,×10－2)m/s＝0.25m/s.本次实验中还需测量的物理量有钩码的质量m、滑块的质量M、滑块到光电门的距离L.(3)如果系统重力势能的减少量mgL与系统动能的增加量eq\f(1,2)(m＋M)v2＝eq\f(1,2)(m＋M)(eq\f(d,Δt))2在误差允许的范围内相等，则验证了系统的机械能守恒．8．在用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验时．(1)为了减小实验误差，下列做法合理的是________．A．用天平测重锤质量时，采用多次测量取平均的方法B．用刻度尺测重锤下落高度时，采用多次测量取平均的方法C．选用体积小的，可以看做质点的重锤做实验D．释放重锤前，通过目测的方法使连接重锤的纸带尽量竖直(2)设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g.图乙是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F为纸带上等时间间隔的六个计数点(相邻两个点间还有四个点未画出)．根据测得的s1、s2、s3、s4、s5写出重物由B点到E点重力势能减少量的表达式为____________，动能增加量的表达式为______________．实验中发现重锤下落时动能的增加量总是小于重力势能的减少量，这是因为__________________________________．答案：(1)BD(2)mg(s4－s1)eq\f(ms5－s32－ms\o\al(2,2),200T2)重锤下落过程中需克服阻力做功解析：(1)因本实验需要验证mgh＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，可见质量不需要测量，故选项A错误；采用多次测量取平均的方法可以有效地减小长度测量时的偶然误差，故选项B正确；为了减少空气阻力的影响，需要选用密度大的重物，而不单单是体积小的重物，故选项C错误；为了减小或避免计时器的限位孔对纸带的摩擦阻力，应使连接重锤的纸带尽量竖直，D正确．(2)B到E的高度差h＝s4－s1，故重力势能的减少量为ΔEp＝mg(s4－s1)；先求出B、E两点处的速度，vB＝