高中物理 第七章 曲线运动 作业20 实验：验证机械能守恒定律 2

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGE1学必求其心得，业必贵于专精PAGE课时作业（二十)一、选择题1．（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．将连有重锤的纸带穿过限位孔,使重锤靠近打点计时器C．先释放纸带，再接通电源D．更换纸带，重复实验,根据记录处理数据答案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初速度为零,故C项错误，A、B、D项均正确．2．在做“验证机械能守恒定律”的实验时，以下说法中正确的是(）A．选用重锤时，密度大体积小的比密度小体积大的好B．选用重锤时,密度小体积大的比密度大体积小的好C．选用的重锤一定要测其质量D．重锤的质量大小与实验准确性无关答案A解析验证机械能守恒定律实验中，由于重物要克服空气阻力做功，从而产生系统误差,选用密度大体积小的重锤能减小空气阻力的影响，从而减小误差，A项正确，B项错误，本实验不用测重锤的质量，C项错误．重物质量选得大些，空气阻力相对于重力可忽略不计，有利于减小误差，D项错误．3。用图所示装置验证机械能守恒定律，由于电磁打点计时器两限位孔不在同一竖直线上,这样实验造成的结果是(）A．重力势能的减少量明显大于动能的增加量B．重力势能的减少量明显小于动能的增加量C．重力势能的减少量等于动能的增加量D．以上几种情况都有可能答案A解析计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大的阻力，由于重物下落时要克服阻力做功，重物减少的重力势能一部分转化为内能，故重力势能的减小量大于动能的增加量，A项正确．4．在“验证机械能守恒定律”实验中，纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示，其中最合适的是（）答案D5．在利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中,关于测量误差的说法正确的是（）A．重物下落的实际高度大于测量值B．重物下落的实际高度小于测量值C．重物的实际末速度v大于gt(g为重力加速度，t为下落时间)D．重物的实际末速度v小于gt答案D解析由于纸带与重物同步运动，故所测纸带上两点间距离与重物下落高度相同,A项、B项错误；由于存在阻力作用，重物下落的加速度a<g，故实际末速度v＝at〈gt，C项错误，D项正确．6．在验证机械能守恒定律的实验中，某同学依据纸带求得相关各点的瞬时速度，以及与此相对应的下落距离h，以v2为纵轴，以h为横轴，建立坐标系，描点后画出变化图线，从而验证机械能守恒定律，若所有操作均正确，则得到的v2－h图像应是下图中的()答案C解析eq\f(1,2)mv2＝mgh得v2＝2gh，所以v2∝h，所画v2－h图像是一通过原点的直线．7．利用打点计时器进行“验证机械能守恒定律”的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h，某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，其中正确的是(）A．用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度vB．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝eq\r（2gh）计算出瞬时速度vC．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝eq\f(v2,2g)计算出高度hD．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v答案D解析物体由静止开始下落过程中受到空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力作用,做的不是自由落体运动，A项、B项错误；物体下落的高度是用刻度尺测量的，不是计算的，C项错误；D项为验证机械能守恒定律的实验测量方案,正确．二、非选择题8．我国舰载飞机在“辽宁舰”上成功着舰后，某课外活动小组对舰载飞机利用阻拦索着舰的力学问题很感兴趣．他们找来了木板、钢球、铁钉、橡皮条以及墨水,制作了如图所示的装置，准备定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系．要达到实验目的，需直接测量的物理量是钢球由静止释放时的________和在橡皮条阻拦下前进的距离，还必须增加的一种实验器材是________．忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力，重力加速度已知，根据________定律(定理)，可得到钢球被阻拦前的速率．答案距水平木板的高度刻度尺机械能守恒（或动能）解析在该实验中，量出钢球由静止释放时距水平木板的高度，以及在橡皮条阻拦下前进的距离,根据动能定理或机械能守恒定律得出被橡皮条阻拦前的速度,从而定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系．9．(1）从下列器材中选出做验证机械能守恒定律实验时所必需的器材,其编号为________．A．打点计时器(包括纸带）B．重物C．天平D．毫米刻度尺E．秒表F．运动小车(2）实验中产生系统误差的主要原因是______________________________________________________________________________________________________________________，使重物获得的动能往往________．（3）如果以v2/2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出eq\f(v2，2)。h图线是________，该线的斜率等于________．(4）某同学不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了，他测出剩下的一段纸带上的各个点间的距离如图所示，已知打点计时器的工作频率为50Hz，重力加速度g＝9。8m/s2。利用这段纸带说明：重锤通过2、5两点过程的机械能守恒．答案(1）ABD(2）重锤运动受阻力小于它所减少的重力势能(3)通过坐标原点的倾斜直线重力加速度(4)见解析解析根据匀变速直线运动在某一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度，可分别求得2、5点的速度，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、5两点间的距离h25＝(3。2＋3.6＋4.0）×10－2m＝1。08×10－1m。ΔEp＝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。比较,可得在误差允许的范围内，ΔEp和ΔEk近似相等，重锤减少的重力势能近似等于重锤增加的动能,可以认为机械能守恒定律成立．10．光电计时器是物理实验中经常用到的一种精密计时仪器，它由光电门和计时器两部分组成,光电门的一臂的内侧附有发光装置，如图中的A和A′，另一臂的内侧附有接收激光的装置,如图中的B和B′，当物体在它们之间通过时，二极管发出的激光被物体挡住，接收装置不能接收到激光信号，同时计时器就开始计时，直到挡光结束光电计时器停止计时，故此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间．现有一小球从两光电门的正上方开始自由下落，如图所示．(1)若要用这套装置来验证机械能守恒定律，则要测量的物理量有________（每个物理量均用文字和字母表示，如高度H）．(2）验证机械能守恒定律的关系式为______________________________________________．答案（1)小球直径D、两光电门间的竖直高度H、小球通过上下两光电门的时间Δt1、Δt2(2)（eq\f（D,Δt2))2－(eq\f(D,Δt1））2＝2gH解析(1)需要测量的物理量有：小球直径D，两光电门间的竖直高度差H，小球通过上下两光电门的时间Δt1、Δt2.则小球通过上、下两光电门处的速度分别为eq\f(D，Δt1）、eq\f（D，Δt2).（2）验证守恒关系式为eq\f(1，2）m（eq\f（D,Δt2））2－eq\f(1,2)m(eq\f(D,Δt1））2＝mgH，化简，得(eq\f（D,Δt2）)2－(eq\f(D，Δt1））2＝2gH。11．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图1所示：（1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平．②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图2所示，由此读出l＝9.30mm。③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝________cm.④将滑块移至光电门1左侧某处,待砝码静止不动时，释放滑块,要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2.⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。（2）用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________．②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________．③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少ΔEp＝________（重力加速度为g）．(3）如果ΔEp＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．答案(1)③60.00(答案在59.96～60。04之间的，也给分）（2)①eq\f（l，Δt1）eq\f（l,Δt2）②eq\f(1,2)(M＋m）（eq\f(l，Δt1)）2eq\f(1,2)（M＋m）（eq\f(l，Δt2）)2③mgs（3）Ek2－Ek1解析(1)距离s＝80.30cm－20。30cm＝60。00cm.(2）①由于挡光条宽度很小,因此可以将挡光条通过光电门时的平均速度当成瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间Δt可从数字计时器读出．因此，滑块通过光电门1和光电门2的瞬时速度分别为v1＝eq\f(l，Δt1），v2＝eq\f（l，Δt2）.②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统的总动能分别为Ek1＝eq\f(1，2)（M＋m）v12＝eq\f(1，2）(M＋m)（eq\f(l，Δt1））2;Ek2＝eq\f(1，2)（M＋m）v22＝eq\f（1,2）（M＋m）（eq\f（l,Δt2））2.③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝mgs。（3)如果在误差允许的范围内ΔEp＝Ek2－Ek1，则可认为验证了机械能守恒定律．12.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．已知频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离,该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表（当地重力加速度取9。8m/s2，小球质量m＝0.200kg,结果保留三位有效数字)：时刻t2t3t4t5速度(m/s）5.595。084.58（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s；(2)从t2到t5时间内,重力势能增量ΔEp＝________J，动能减少量ΔEk＝________J;(3）在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上述计算所得ΔEp不完全等于ΔEk,造成这种结果的主要原因是______________________________________________________________________