物理（教科版必修2）练习第4章学生实验验证机械能守恒定律

学生实验：验证机械能守恒定律1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具直接测量的和通过计算得到的有()A．重锤的质量 B．重力加速度C．重锤下落的高度 D．与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度解析：重锤下落的高度可以从纸带上直接测量，重锤瞬时速度可以用平均速度公式vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)求解，重锤的质量和重力加速度不需要测量和计算．答案：CD2．在验证机械能守恒定律的实验中，由于打点计时器限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，则以下关系正确的是()A．mgh＞eq\f(1,2)mv2 B．mgh＜eq\f(1,2)mv2C．mgh＝eq\f(1,2)mv2 D．以上都有可能解析：纸带受到较大阻力，重物克服阻力做功．设为W，根据动能定理有mgh－W＝eq\f(1,2)mv2，所以mgh＞eq\f(1,2)mv2．答案：A3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列A至F六个步骤：A．将打点计时器竖直固定在铁架台上B．接通电源，再松开纸带，让重锤自由下落C．取下纸带，更换纸带(或将纸带翻个面)，重新做实验D．让重锤固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带的另一端E．选择一条纸带，用刻度尺测出重锤下落的高度h1、h2、h3……hn，算出对应的瞬时速度vnF．分别算出eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)和mghn，比较在实验误差范围内是否相等(1)以上实验步骤按合理顺序排列应该是________．(2)某同学在进行实验时，获得了数条纸带，下列做法正确的是______．A．必须挑选第一、二两点间的距离接近2B．在纸带上可以选取点迹清晰的、方便测量的某点作计数点的始点C．用刻度尺量出各计数点到第一点之间的距离，得到重锤下落的相应高度h1、h2……hnD．用公式vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)计算出各计数点对应的重锤的瞬时速度解析：(1)实验步骤的合理顺序为ADBCEF．(2)若从打第一个点开始测量，则必须选第1、2两点间距接近2mm的纸带；若从某个清晰的点开始测量，也可以验证机械能守恒，但应该用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝mgΔh的形式，故选项A错误，选项B正确；由实验数据处理方法可知选项C、D正确．答案：(1)ADBCEF(2)BCD4．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，取当地的重力加速度g＝9．8m/s2，测得所用的重物的质量为1．00kg．实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．经测量知道A、B、C、D各点到O的距离分别为62．99cm、70．18cm、77．76cm、85．73cm．根据以上数据，解析：先判定D点的可靠性，即判定xBC－xAB是否等于xCD－xBC．如相等(或在误差范围内)，D点就可靠，就可利用vc＝eq\f(xBD,2T)求出C点速度，Ekc＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,c)．则ΔEp＝mgh，h是O到C的距离．故ΔEp＝mgh＝1．00×9．80×0．7776J≈7．62J由于vc＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(0.8573－0.7018,2×0.02)m/s≈3．888m/s所以ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,c)＝eq\f(1,2)×1．00×3．8882J≈7．56J．答案：7．627．565．某同学利用重物自由下落来“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示．(1)请指出实验装置中存在的明显错误：______________________________．(2)进行实验时，为保证重物下落时初速度为零，应________(选填“A”或“B”)．A．先接通电源，再释放纸带B．先释放纸带，再接通电源(3)根据打出的纸带，选取纸带上连续打出的1、2、3、4四个点如图乙所示．已测出点1、2、3、4到打出的第一个点O的距离分别为h1、h2、h3、h4，打点计时器的打点周期为T．若代入所测数据能满足表达式gh3＝________，则可验证重物下落过程机械能守恒(用题目中已测出的物理量表示)．解析：(1)从图甲中的实验装置中发现，打点计时器接在了直流电源上，打点计时器的工作电源是低压交流电源．因此，明显的错误是打点计时器不能接在直流电源上．(2)为了使纸带上打下的第1个点是速度为零的初始点，应该先接通电源，让打点计时器正常工作后，再释放纸带．若先释放纸带，再接通电源，当打点计时器打点时，纸带已经下落，打下的第1个点的速度不为零．因此，为保证重物下落的初速度为零，应先接通电源，再释放纸带．(3)根据实验原理，只要验证ghn＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)即可验证机械能守恒定律．因此需求解v3．根据匀变速直线运动规律关系式可得，v3＝eq\f(h4－h2,2T)，则有eq\f(1,2)veq\o\al(2,3)＝eq\f(h4－h22,8T2)，故只要在