2023春新教材高中物理第8章机械能守恒定律5实验验证机械能守恒定律课后提能训练新人教版

第八章5A组·水平过关1．用落体法验证机械能守恒定律，打出如图甲所示的一条纸带．已知打点计时器频率为50Hz.(1)根据纸带所给数据，得出打下C点时重物的速度为______m/s(结果保留三位有效数字)．(2)某同学选用两个形状相同，质量不同的重物a和b进行实验，测得几组数据，画出eq\f(v2,2)－h图像，并求出图线的斜率k，如图乙所示，由图像可知a的质量m1______(填“大于”或“小于”)b的质量m2.(3)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量m2＝0.052kg，当地重力加速度g取9.78m/s2，求出重物所受的平均阻力f＝________N．(结果保留两位有效数字)【答案】(1)2.25(2)大于(3)0.031【解析】(1)C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，则有vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(31.23－22.24×10－2,2×0.02)m/s＝2.25m/s.(2)根据动能定理，得(mg－f)h＝eq\f(1,2)mv2，则有eq\f(v2,2)＝eq\f(mg－f,m)h，知图线的斜率为k＝eq\f(mg－f,m)＝g－eq\f(f,m)，b的斜率小，知b的质量小，所以a的质量m1大于b的质量m2.(3)根据动能定理知(m2g－f)h＝eq\f(1,2)m2v2，则有eq\f(v2,2)＝eq\f(m2g－f,m2)h，可知k2＝eq\f(m2g－f,m2)＝9.18，代入数据，解得f≈0.031N.2．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示．O为打下的第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02s打一个点，当地的重力加速度为g(g取9.8m/s2)，那么：(1)根据图上所得的数据，应取图中O点到________点来验证机械能守恒定律．(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp＝________J，动能增加量ΔEk＝________J．(结果保留3位有效数字)(3)测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h，若以eq\f(v2,2)为纵轴，以h为横轴，画出的图像如图所示，________(填“能”或“不能”)仅凭图像形状判断出重物下落过程中机械能守恒．【答案】(1)B(2)1.881.84(3)不能【解析】(1)验证机械能守恒时，我们验证的是减少的重力势能ΔEp＝mgh和增加的动能ΔEk＝eq\f(1,2)mv2之间的关系，所以我们要选择能够测h和v的数据．故选B点．(2)减少的重力势能为ΔEp＝mgh＝1×9.8×19.2×10－2J≈1.88J，B点的速度为vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(23.23－15.55,2×0.02)×10－2m/s＝1.92m/s，所以动能增加量为ΔEk＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×1.922J≈1.84J.(3)根据机械能守恒可知mgh＝eq\f(1,2)mv2，得出eq\f(v2,2)＝gh，因此eq\f(v2,2)－h图线是一条通过坐标原点的倾斜直线，不能凭此图像形状判断重物下落过程中是否机械能守恒，原因是无法知道此图像斜率是否等于重力加速度．3．在“验证机械能守恒定律”的实验中(1)罗同学选用电火花打点计时器，则应接________(填“甲”或“乙”)图中的电源．(2)释放纸带前，下列操作正确的是______．(3)图丙为罗同学在实验中打出的一条纸带，“0”点为打下的第一个点，相邻两点间的时间间隔为0.02s，重物的质量为300g，打下第5个点时重物减小的重力势能为________J(计算结果保留三位有效数字，该地重力加速度g取9.8m/s2)．【答案】(1)乙(2)C(3)0.126±0.002【解析】(1)罗同学选用电火花打点计时器，应该接220V交流电源，则应按乙图中的方法连接电源．(2)释放纸带前，应该用手提着纸带的一端使纸带在竖直方向，且重物靠近打点计时器，故图C正确．(3)打下第5个点时重物减小的重力势能为ΔEp＝mgh＝0.3×9.8×4.3×10－2J≈0.126J.B组·能力提升4．用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”．(1)下列物理量需要测量的是________，通过计算得到的是________．(填写代号)A．重锤质量B．重力加速度C．重锤下落的高度D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度(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为相邻的连续点．根据测得的s1、s2、s3、s4写出重物由B点到D点势能减少量的表达式________________，动能增加量的表达式________________．由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增加量总是________(填“大于”“等于”或“小于”)重力势能的减少量．【答案】(1)CD(2)mg(s3－s1)eq\f(ms4s4－2s2,8T2)小于【解析】(1)重锤的质量可测可不测，因为动能的增加量和重力势能的减小量式子中都有质量，可以约去．需要测量的物理量是C；重锤下落的高度，通过计算得到的物理量是D；与下落高度对应的重锤的瞬时速度．(2)重物由B点到D点势能减少量的表达式为ΔEp＝mg(s3－s1)，B点的速度vB＝eq\f(s2,2T)，D点的速度vD＝eq\f(s4－s2,2T)，则动能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(ms4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(s4－2s2)),8T2)；由于重锤下落时要克服阻力做功，有内能产生，根据能量守恒定律知，该实验的动能增量总是小于重力势能的减小量．5．如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置．(g取9.80m/s2)甲(1)选出一条清晰的纸带如图乙所示．其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为50Hz的交变电流．用分度值为1mm的刻度尺测得OA＝12.41cm，OB＝18.90cm，OC＝27.06cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点．重锤的质量为1.00kg.甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了______J；此时重锤的速度vB＝______m/s.此时重锤的动能比开始下落时增加了________J．(结果均保留三位有效数字)乙(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、以eq\f(1,2)v2为纵轴作出了如图丙所示的图线．图线的斜率近似等于()A．19.6B．9.8C．4.90图线未过原点O的原因是__．丙【答案】(1)1.851.831.68(2)B先释放了纸带，后合上打点计时器的开关【解析】(1)当打点计时器打到B点时，重锤的重力势能减小量ΔEp＝mg·OB＝1.00×9.80×18.90×10－2J≈1.85J；打B点时重锤的速度vB＝eq\f(OC－OA,4T)＝eq\f(27.06－12.41×10－2,4×0.02)m/s≈1.83m/s，此时重锤的动能增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mve