《2020年新教材高中物理 8.5 實驗：驗證機械能守恒定律課堂檢測（含解析）新人教版必修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2020年新教材高中物理 8.5 實驗：驗證機械能守恒定律課堂檢測（含解析）新人教版必修2（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、實驗：驗證機械能守恒定律 1.某同學利用如圖1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。 (1)請指出該同學在實驗操作中存在的兩處錯誤:?　　　　　　　　___。? (2)若所用交流電的頻率為f,該同學經正確操作得到如圖2所示的紙帶,把第一個點記作O,另選連續(xù)的3個點A、B、C作為測量的點,A、B、C各點到O點的距離分別為s1、s2、s3,重物質量為m,重力加速度為g。根據(jù)以上數(shù)據(jù)知,從O點到B點,重物的重力勢能的減少量等于__________________,動能的增加量等于__________________。(用所給的符號表示)? (3)重力勢能的減少量____________(

2、選填“大于”“等于”或“小于”)動能的增加量的原因是_____________________。? 【解析】(1)打點計時器不能使用直流電源,應使用交流電源。重物開始釋放時應緊靠打點計時器,否則打不到點或打的點太少。 (2)重力勢能減小量ΔEp=mgh=mgs2。 利用勻變速直線運動的推論得: vB==, 動能的增加量等于 Ek=m=, (3)由于有空氣阻力和紙帶與限位孔的摩擦存在,重力勢能的減少量大于動能的增加量。 答案:(1)打點計時器應該接交流電源;開始時重物應該靠近打點計時器 (2)mgs2　 (3)大于　　有空氣阻力和紙帶與限位孔的摩擦存在 2.在“驗證機械能守

3、恒定律”實驗中: (1)紙帶將被釋放瞬間的四種情景如圖1照片所示,其中操作最規(guī)范的是____________。? (2)已知打點計時器所接交流電頻率為50 Hz,當?shù)刂亓铀俣萭=9.80 m/s2,實驗選用的重錘質量為0.5 kg,從所打紙帶中選擇一條合適的紙帶,此紙帶第1、2點間的距離應接近____________mm,若紙帶上連續(xù)的點A、B、C、D至第1點O的距離如圖2所示,則重錘從O點運動到C點,重力勢能減小____________J,重錘經過C點時的速度____________m/s,其動能增加____________J。(保留三位有效數(shù)字)? (3)大多數(shù)學生的實驗結

4、果顯示重力勢能的減少量大于動能的增加量,其原因是___________。? A.利用公式v=gt計算重物速度 B.利用公式v=計算重物速度 C.存在空氣阻力和摩擦力阻力的影響 D.沒有采用多次實驗取平均值的方法 【解析】(1)實驗要驗證重錘做自由落體運動時,機械能守恒,故要保證紙帶和限位孔在同一豎直面內以減小阻力,同時為了在紙帶上多打點,重錘應靠近限位孔開始下落,故D操作最規(guī)范。 (2)重錘做自由落體運動, 點與點之間時間間隔為0.02 s, 第1、2點間的距離 h=gt2=×9.8×0.022 m≈2.00 mm; 重錘從O點運動到C點,重力勢能減小 ΔEp=mghOC

5、≈2.75 J 重錘經過C點時的速度 vC=≈3.30 m/s 故動能增加ΔEk=m≈2.72 J (3)重力勢能的減少量大于動能的增加量,其原因主要是在實驗中存在空氣阻力和摩擦力的影響,故A、B、D錯誤,C正確。 答案:(1)D　(2)2.00　2.75　3.30　2.72　(3)C 3.利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律,實驗裝置如圖甲所示。水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌,導軌上有一裝有長方形擋光片的滑塊,總質量為M,滑塊左端由跨過輕質光滑定滑輪的細繩和一質量為m的小球相連。導軌上的B點有一光電門,可以測量擋光片經過光電門的時間t。實驗時滑塊由A處靜止釋放,用L表示A、B兩點間的距

6、離,d表示擋光片的寬度。 (1)某次實驗導軌的傾角為θ,設重力加速度為g,則滑塊從A點到通過B點時m和M組成的系統(tǒng)的動能增加量ΔEk=__________________,系統(tǒng)的重力勢能減少量ΔEp=__________________,在誤差允許的范圍內,若ΔEk=ΔEp,則可認為系統(tǒng)的機械能守恒。? (2)設滑塊經過B點的速度為v,某同學通過改變A、B間的距離L,測得傾角θ=37°時滑塊的v2-L的關系如圖乙所示,并測得M=0.5m,則重力加速度g=____________m/s2(結果保留兩位有效數(shù)字)。? 【解析】(1)由題意,滑塊經過點B時速度為:vB= 故系統(tǒng)的動能增

7、加量為:ΔEk=(m+M)=; 系統(tǒng)的重力勢能減少量為:ΔEp=mgL-MgLsinθ (2)m和M組成的系統(tǒng)機械能守恒,有: mgL-MgLsinθ=(m+M)v2 整理得:v2=L 結合圖像可得:= 得:g=9.6 m/s2 答案:(1)　mgL-MgLsinθ　(2)9.6 4.如圖甲所示為阿特武德機的示意圖,它是早期測量重力加速度的器械,由英國數(shù)學家和物理學家阿特武德于1784年制成。他將質量均為M的兩個重物用不可伸長的輕繩連接后,放在光滑的輕質滑輪上,處于靜止狀態(tài)。再在一個重物上附加一質量為m的小物塊,這時,由于小物塊的重力而使系統(tǒng)做初速度為零的緩慢加速運動并測出加速

8、度,完成一次實驗后,換用不同質量的小物塊,重復實驗,測出不同m時系統(tǒng)的加速度。 (1)所產生的微小加速度可表示為a=____________(用M、m、重力加速度g表示);? (2)若選定如圖甲所示左側重物從靜止開始下落的過程進行測量,想要求出重物的質量M,則需要測量的物理量有____________。? A.小物塊的質量m B.重物下落的距離及下落這段距離所用的時間 C.繩子的長度 D.滑輪半徑 (3)經過多次重復實驗,得到多組a、m數(shù)據(jù),作出-圖像,如圖乙所示,已知該圖像斜率為k,縱軸截距為b,則可求出當?shù)氐闹亓铀俣萭=__________________,并可求出每

9、個重物質量M=__________________。? 【解析】(1)對整體分析,根據(jù)牛頓第二定律得, mg=(2M+m)a 解得:a= (2)根據(jù)h=at2,解得:a= 因為a= 所以= 得M=-m 根據(jù)上式知,需要測量的物理量有:小重物的質量m,重物下落的距離及下落這段距離所用的時間。故A、B正確。 (3)因為a=,則==·+, 知圖線斜率k=,b= 解得:g=,M=。 答案:(1)　(2)A、B　(3)　 5.用“落體法”驗證機械能守恒定律時,利用了如圖1所示的裝置,完成了如下操作: 將連接重物的紙帶穿過打點計時器的限位孔,接通電源,待打點計時器工作穩(wěn)定后

10、,釋放紙帶,重復多次操作,從其中挑選出一條打點比較清晰的紙帶,如圖2所示。在紙帶上選取一系列的計數(shù)點O、1、2、…、6,已知兩相鄰計數(shù)點間還有一個點,并用刻度尺依次測出相鄰兩計數(shù)點間的距離為h1、h2、h3、h4、h5、h6,重力加速度用g表示。 (1)根據(jù)所學的知識分析下列選項,其中符合事實的為_____________。? A.圖1中的打點計時器所用的電源為頻率為50 Hz的交流電 B.接通電源前,應使重物遠離打點計時器,并保持紙帶豎直 C.由于紙帶和打點計時器之間存在摩擦力,因此為了減少摩擦力所做的功,應選取較短的紙帶 D.在處理實驗數(shù)據(jù)時,必須測出重物的質量 E.實驗時

11、應選用體積較小、密度較大的重物 (2)如果重物的質量用m表示,打點計時器的打點頻率用f表示,則打點計時器從打下計數(shù)點1到打下計數(shù)點5的過程中,重物動能的增加量為_____________　______________,重力勢能的減少量為_____________________。(用以上測量數(shù)據(jù)或已知的物理量表示)? (3)假設以O點所在的水平面為重力勢能的零勢能面,求出打下1、2、3、4、5、6點時重物的重力勢能的和動能的值,以重力勢能的減少量和動能的增加量為縱坐標,以重物下落的高度為橫坐標,在圖3中描繪出的圖線為A、B,則動能的增加量與下落高度的關系圖線為____________(選填

12、“A”或“B”)。兩圖線沒有重合的原因是___?　　　　　　　___。? 【解析】(1)打點計時器所用的電源為頻率為50 Hz的交流電,故A正確;接通電源前,應使重物靠近打點計時器,并保持紙帶豎直,故B錯誤;由于紙帶和打點計時器之間存在摩擦力,因此為了減少摩擦力所做的功,應將紙帶豎直,而不是選取較短的紙帶,故C錯誤;等式ΔEp=ΔEk兩邊的質量可以約去,則不需要測量重物的質量,故D錯誤;實驗中為了減小阻力的影響,應選用體積較小,密度較大的重物,故E正確。 (2)打點計時器從打下計數(shù)點1到打下計數(shù)點5的過程中,重力勢能的減小量等于重力所做功的大小,因此有: W=ΔEP=mgh=mg(h

13、2+h3+h4+h5); 根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度大小等于該過程的平均速度大小,因此有:v1==f 同理,v5=f 動能的增加量為: ΔEk=m-m=[(h5+h6)2-(h1+h2)2]; (3)以重力勢能的減少量和動能的增加量為縱坐標,以重物下落的高度為橫坐標,在圖3中描繪出的圖線為A、B,由(2)可知,重力勢能的減少量>動能的增加量,原因是紙帶與打點計時器間有摩擦阻力且存在空氣阻力。則動能的增加量與下落高度的關系圖線為B。 答案:(1)A、E (2)[(h5+h6)2-(h1+h2)2]　mg(h2+h3+h4+h5) (3)B　紙帶與打點計時器間有摩擦阻力

14、且存在空氣阻力 6.為了探究機械能守恒定律,某同學設計了如圖甲所示的實驗裝置,并提供了如下的實驗器材: A.小車　B.鉤碼　C.一端帶滑輪的木板　D.細線　E.電火花打點計時器　F.紙帶　G.毫米刻度尺　H.低壓交流電源 I.220 V的交流電源　J.天平　K.秒表 (1)根據(jù)實驗裝置,你認為實驗中不需要的器材是____________、____________。(填寫器材序號)? (2)實驗中得到了一條紙帶如圖乙所示,選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù)7個點(標號0～6),測出0到1、2、3、4、5、6點的距離分別為d1、d2、d3、d4、d5、d6,打點周期為T。則打點2時小

15、車的速度v2=____________。? (3)若測得小車質量為M、鉤碼質量為m,打點1和點5時小車的速度分別用v1、v5表示,已知重力加速度為g,則驗證點1與點5間系統(tǒng)的機械能守恒的關系式可表示為________________________。? (4)在實驗數(shù)據(jù)處理時,如果以為縱軸,以d為橫軸,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出圖像,其圖線斜率的表達式為____________。? 【解析】(1)實驗中,打點計時器可以直接記錄時間,所以不需要秒表,電火花打點計時器需要220 V的交流電源,不需要低壓交流電源,所以不需要的器材為:H、K。 (2)點2的瞬時速度為:v2=或者v2=; (3)從點1

16、到點5,動能的增加量為(M+m)(-), 則需要驗證的表達式為: mg(d5-d1)=(M+m)(-)。 (4)根據(jù)動能定理得:mgd=(M+m)v2, 解得:v2=d,則圖線的斜率為:k= 答案:(1)H　K　(2)(或) (3)mg(d5-d1)=(M+m)(-) 　(4) 【補償訓練】 　　在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中,使質量為m=1.00 kg的重物自由下落,打點計時器在紙帶上打出一系列的點,選取一條符合實驗要求的紙帶如圖所示。O為第一個點,A、B、C為從合適位置開始選取連續(xù)點中的三個點。已知打點計時器每隔0.02 s打一個點,當?shù)氐闹亓铀俣葹間=9.80

17、 m/s2,那么: (1)根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù),應取圖中O點到____________點來驗證機械能守恒定律。? (2)從O點到(1)問中所取的點,重物重力勢能的減少量ΔEp=____________J,動能增加量ΔEk=____________J(結果保留三位有效數(shù)字)。? (3)若測出紙帶上所有各點到O點之間的距離,根據(jù)紙帶算出各點的速度v及物體下落的高度h,則以為縱軸,以h為橫軸畫出的圖像是圖中的____________。? 【解析】(1)因計算B點的速度誤差相對較小,故應取圖中O點到B點來驗證機械能守恒。 (2)ΔEp=mg·hOB=1.00×9.80×0.1920 J≈1.88 J 打B點的瞬時速度vB==1.92 m/s 故ΔEk=m=×1.00×(1.92)2 J≈1.84 J (3)由機械能守恒定律可知mgh=mv2,故有=gh,選項A正確。 答案:(1)B　 (2)1.88　1.84　 (3)A - 10 -