物理必修2同步测控优化训练229实验验证机械能守恒定律.docx
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物理必修2同步测控优化训练229实验验证机械能守恒定律
第九节实验:
验证机械能守恒定律
1.在“验证机械能守恒定律”的实验中,需要直接测量和间接测量的数据是重物的()
A.质量B.下落时间C.下落高度D.瞬时速度
2.“验证机械能守恒定律”的实验方法是:
根据纸带上某两点的距离等于重锤下落的高度,这样就可以得到重物下落过程中的________的变化.重锤的速度可以用大家熟悉的方法(即中间时刻的即时速度等于那一段的平均速度)从纸带测出,这样就知道了它在各点的瞬时速度,从而得到它在各点的________.通过比较________,就可以验证机械能是否守恒.
3.在“验证机械能守恒定律”的实验中,某同学打出3条纸带A、B、C,打点计时器周期为0.02s,其中第1点到第2点之间的距离分别为da=1.0mm,db=1.8mm,dc=2.4mm.你认为应选________条纸带进行数据处理较理想.其中________条是由于________原因造成的;________条是由于________原因造成的.
4.在利用重锤自由下落验证机械能守恒定律的实验中,产生误差的主要原因是()
A.重锤下落的实际高度大于测量值B.重锤下落的实际高度小于测量值
C.重锤实际末速度v大于gt(g为重力加速度,t为下落时间)
D.重锤实际末速度v小于gt
5.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中,正确的是()
A.重锤的质量称量不准会造成较大的误差
B.重锤的质量选用大些,有利于减小误差
C.重锤的质量选用小些,有利于减少误差
D.先松开纸带让重物下落,再让打点计时器工作,会造成较大差错
6.如图5-9-1所示,是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带.我们选中N点,下面举出一些计算N点速度的方法,其中正确的是(相邻计数点时间间隔为T)()
A.若N点是第n个点,则vn=gnTB.若N点是第n个点,则vn=g(n-1)T
C.vn=
D.vn=
7.处理电磁打点计时器所打出点的纸带时,常常采用“计数点”的办法,但在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中,可以直接利用打点计时器所打出的纸带上的实际点迹,而不必采用选取计数点的办法.这其中的原因是_____________________.
8.下面列出“验证机械能守恒定律”实验的一些实验步骤:
A.用天平称重物和夹子的质量B.将重物系在夹子上
C.将纸带穿过计时器,上端用手提着,下端夹上系住重物的夹子,再把纸带向上拉,让夹子静止靠近打点计时器处
D.把打点计时器接在学生电源的交流输出端,把输出电压调至6V(电源不接通)
E.把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上,使两个限位孔在同一竖直线上
F.在纸带上选取几个点,进行测量和记录数据G.用秒表测出重物下落的时间
H.接通电源,待计时器响声稳定后释放纸带I.切断电源
J.更换纸带,重新进行两次实验K.在三条纸带中选出较好的一条
L.进行计算,得出结论,完成实验报告M.拆下导线,整理器材
对于本实验的以上步骤中,不必要的有________;正确步骤的合理顺序是______________.
9.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=9.8m/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,如图5-9-3所示.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点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm.根据以上数据,可知重物由O点运动到C点,重力势能的减少量等于_________J,动能的增加量等于_________J(取三位有效数字).
10.在“验证机械能守恒定律”的实验中,重物质量m=1kg,纸带上打的点如图5-9-4所示,打点计时器外接50Hz的低压交流电源.
(1)纸带的哪一端与重物相连?
(2)打点计时器打下B点时重物的速度是多少?
(3)若取g=9.8m/s2,则从起点O到打B点的过程中机械能是否守恒?
通过计算验证.
11.在利用重物做自由落体运动“验证机械能守恒定律”的实验中:
(1)下列操作步骤中不必要和错误的是
A.电火花计时器接到220V交流电源上
B.用天平测出重物的质量
C.在释放纸带的同时接通电源开关使纸带上打出点
D.根据测量结果,计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
(2)利用这个实验也可以测出重锤下落的加速度a,如上图所示.根据纸带,选取连续打出的5个点A、B、C、D、E,测出点A距起始点O的距离为s0,点A和C间的距离为s1,点C和E间的距离为s2,使用的交流电频率为f,则根据已知的数据和条件,可求得加速度a=_________.
(3)在“验证机械能守恒定律”的实验中发现,重锤重力势能的减少量总是大于其动能的增加量,主要原因是重锤在下落过程中存在着阻力作用.若已知当地重力加速度值为g,为求受到的阻力大小,还需要测量的物理量是__________.试用题中的已知数据和还需要测量的物理量表示重锤在下落过程中受到的平均阻力大小.
12.在“验证机械能守恒定律”的实验中:
(1)某同学用如图596甲所示装置进行实验,得到如图5-9-6乙所示的纸带.测得点A、C间的距离为14.77cm,点C、E间的距离为16.33cm.已知当地重力加速度为g=9.8m/s2,重锤的质量为m=1.0kg.则重锤在下落过程中受到的平均阻力大小Ff=_________(交流电频率为50Hz).
(2)某同学上交的实验报告显示重锤的动能略大于重锤的势能,则出现这一问题的原因可能是___________(填序号).
A.重锤的质量测量错误B.该同学自编了实验数据
C.交流电源的频率不等于50HzD.重锤下落时受到的阻力过大
13.在用落体法验证机械能守恒定律的实验中:
(1)运用公式
=mgh对实验条件的要求是_________,为此目的,所选择的纸带1、2两点间的距离应接近_________.
(2)若实验中所用重锤的质量m=1kg,打点纸带如图597所示.打点时间间隔为0.02s,则记录B点时,重锤速度vb=_________,重锤动能Ek=_________,从开始下落起至B点重锤的重力势能减少量是_________,由此可得出结论是___________________________.
(3)根据纸带算出相关各点的速度v,量出下落距离h,则以
为纵轴,以h为横轴画出的图象是图5-9-8中的()
实验探究动能定理
1.在“探究功与物体速度变化关系”的实验中,右上图所示,每次选取纸带后,我们应选取纸带上的哪些点来求小车的速度( )
A.间距均匀的B.间距不均匀的C.间距均匀的与不均匀的都可
D.最好是间距均匀的,若纸带上没有间距均匀的,也可用间距不均匀的
2.在“探究功与物体速度变化关系”的实验中,若画出W-v的图象,应为右图
3.(2009·安徽高考)探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系的实验装置如图实-5-10所示,实验主要过程如下:
(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W……
(2)分析打点计时器打出的纸带,求出小车的速度v1、v2、v3……
(3)作出W-v草图;
(4)分析W-v图象.如果W-v图象是一条直线,表明W∝v;如果不是直线,可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝
等关系.以下关于该实验的说法中有一项不正确,它是________.
A.本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W……所采用的方法是选用同样的橡皮筋,并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致.当用1条橡皮筋进行实验时,橡皮筋对小车做的功为W,用2条、3条……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W……
B.小车运动中会受到阻力,补偿的方法,可以使木板适当倾斜
C.某同学在一次实验中得到一条记录纸带.纸带上打出的点两端密、中间疏.出现这种情况的原因,可能是没有使木板倾斜或倾角太小
D.根据记录纸带上打出的点,求小车获得的速度的方法,是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算
4.(2010·青岛模拟)某探究学习小组的同学欲验证动能定理,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙.当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态.若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:
(1)你认为还需要的实验器材有____________.
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质
量应满足的实验条件是________________,实验时首先要做的步骤是__________.
(3)在
(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量为M.往沙桶中装入适量的细沙,用
天平称出此时沙和沙桶的总质量为m.让沙桶带动滑块加速运动.用打点计时器记录
其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的
速度大小v1与v2(v1<v2).则本实验最终要验证的数学表达式为______________.(用
题中的字母表示实验中测量得到的物理量)
5.(2010·珠海模拟)某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”,设计了如下实
验,他的操作步骤是:
①连接好实验装置如图所示.
②将质量为200g的小车拉到打点计时器附近,并按住小车.
③在质量为10g、30g、50g的三种钩码中,他挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线的挂钩P上.
④释放小车,打开打点计时器的电源,打出一条纸带.
(1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条.经测量、计算,得到如下数据:
①第一个点到第N个点的距离为40.0cm.
②打下第N点时小车的速度大小为1.00m/s.该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力,拉力对小车做的功为________J,小车动能的增量为________J.
(2)此次实验探究结果,他没能得到“恒力对物体做的功等于物体动能的增量”,且误差很大,显然,在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素.请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下,造成较大误差的主要原因有:
____________
第九节实验:
验证机械能守恒定律
1.在“验证机械能守恒定律”的实验中,需要直接测量和间接测量的数据是重物的()
A.质量B.下落时间C.下落高度D.瞬时速度
答案:
CD
2.“验证机械能守恒定律”的实验方法是:
根据纸带上某两点的距离等于重锤下落的高度,这样就可以得到重物下落过程中的________的变化.重锤的速度可以用大家熟悉的方法(即中间时刻的即时速度等于那一段的平均速度)从纸带测出,这样就知道了它在各点的瞬时速度,从而得到它在各点的________.通过比较________,就可以验证机械能是否守恒.
答案:
重力势能动能某两点的动能的变化与势能的变化的大小
3.在“验证机械能守恒定律”的实验中,某同学打出3条纸带A、B、C,打点计时器周期为0.02s,其中第1点到第2点之间的距离分别为da=1.0mm,db=1.8mm,dc=2.4mm.你认为应选________条纸带进行数据处理较理想.其中________条是由于________原因造成的;________条是由于________原因造成的.
答案:
BA打点计时器已开始打点,但纸带还未动C打点计时器还未打点,纸带已开始运动
4.在利用重锤自由下落验证机械能守恒定律的实验中,产生误差的主要原因是()
A.重锤下落的实际高度大于测量值
B.重锤下落的实际高度小于测量值
C.重锤实际末速度v大于gt(g为重力加速度,t为下落时间)
D.重锤实际末速度v小于gt
答案:
D
5.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中,正确的是()
A.重锤的质量称量不准会造成较大的误差
B.重锤的质量选用大些,有利于减小误差
C.重锤的质量选用小些,有利于减少误差
D.先松开纸带让重物下落,再让打点计时器工作,会造成较大差错
答案:
BD
6.如图5-9-1所示,是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带.我们选中N点,下面举出一些计算N点速度的方法,其中正确的是(相邻计数点时间间隔为T)()
图5-9-1
A.若N点是第n个点,则vn=gnT
B.若N点是第n个点,则vn=g(n-1)T
C.vn=
D.vn=
解析:
本题考查在验证机械能守恒定律的实验中速度的计算问题.计算速度时应根据中间时刻的即时速度等于那一段上的平均速度,在本题中,可以这样表示:
vn=
,正确选项为C.
答案:
C
7.处理电磁打点计时器所打出点的纸带时,常常采用“计数点”的办法,但在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中,可以直接利用打点计时器所打出的纸带上的实际点迹,而不必采用选取计数点的办法.这其中的原因是_____________________.
解析及答案:
重锤做自由落体运动,加速度大,各点之间的距离较易测量,即便是下落的第1个T内位移也达到2mm左右,完全可以用分度值是1mm的刻度尺直接测量.
8.下面列出“验证机械能守恒定律”实验的一些实验步骤:
A.用天平称重物和夹子的质量
B.将重物系在夹子上
C.将纸带穿过计时器,上端用手提着,下端夹上系住重物的夹子,再把纸带向上拉,让夹子静止靠近打点计时器处
D.把打点计时器接在学生电源的交流输出端,把输出电压调至6V(电源不接通)
E.把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上,使两个限位孔在同一竖直线上
F.在纸带上选取几个点,进行测量和记录数据
G.用秒表测出重物下落的时间
H.接通电源,待计时器响声稳定后释放纸带
I.切断电源
J.更换纸带,重新进行两次实验
K.在三条纸带中选出较好的一条
L.进行计算,得出结论,完成实验报告
M.拆下导线,整理器材
对于本实验的以上步骤中,不必要的有________;正确步骤的合理顺序是______________.
答案:
AGEDBCHIJMKFL
9.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=9.8m/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,如图5-9-3所示.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点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm.根据以上数据,可知重物由O点运动到C点,重力势能的减少量等于_________J,动能的增加量等于_________J(取三位有效数字).
图5-9-3
解析:
C点到O的距离hc=77.76cm,由此可知重力势能减少量为mghc=1.00×9.80×77.76×10-2J=7.62J.但不能错误地认为动能增加量也为7.62J.需知验证机械能守恒的实验中,一不能运用机械能守恒;二即使算得了动能增量也不一定等于7.62J.vc可用公式vc=
来求,式中hBD=hD-hb=15.55cm,T=0.02s,得vc=
=
×10-2m/s=3.89m/s.
动能增量为:
mvc2=
×1.00×(3.89)2J=7.57J
答案:
7.627.57
10.在“验证机械能守恒定律”的实验中,重物质量m=1kg,纸带上打的点如图5-9-4所示,打点计时器外接50Hz的低压交流电源.
(1)纸带的哪一端与重物相连?
(2)打点计时器打下B点时重物的速度是多少?
(3)若取g=9.8m/s2,则从起点O到打B点的过程中机械能是否守恒?
通过计算验证.
图5-9-4
解析:
(1)左端,因为重物与第一个点最近.
(2)vb=
×10-2m/s=0.98m/s.
(3)重锤重力势能的减少量为:
ΔEp=mgh=1×9.8×5.01×10-2J=0.49J
重锤动能的增加量为:
ΔEk=
mvb2=
×1×0.982J=0.48J
在实验误差允许的范围内,可认为ΔEp=ΔEk,机械能守恒.
答案:
(1)左端
(2)0.98m/s(3)机械能守恒
11.在利用重物做自由落体运动“验证机械能守恒定律”的实验中:
(1)下列操作步骤中不必要和错误的是
A.电火花计时器接到220V交流电源上
B.用天平测出重物的质量
C.在释放纸带的同时接通电源开关使纸带上打出点
D.根据测量结果,计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
(2)利用这个实验也可以测出重锤下落的加速度a,如图595所示.根据纸带,选取连续打出的5个点A、B、C、D、E,测出点A距起始点O的距离为s0,点A和C间的距离为s1,点C和E间的距离为s2,使用的交流电频率为f,则根据已知的数据和条件,可求得加速度a=_________.
图5-9-5
(3)在“验证机械能守恒定律”的实验中发现,重锤重力势能的减少量总是大于其动能的增加量,主要原因是重锤在下落过程中存在着阻力作用.若已知当地重力加速度值为g,为求受到的阻力大小,还需要测量的物理量是__________.试用题中的已知数据和还需要测量的物理量表示重锤在下落过程中受到的平均阻力大小.
解析:
(1)B没有必要,因为不需要计算机械能的具体数值,只要
v2=gh成立,就可验证机械能守恒.C错误,应先接通电源,然后放纸带,要待打点计时器工作稳定后放开纸带.
(2)根据s2-s1=a(2T)2,得到a=
,又a=
,T=
,联立解得a=
.
(3)若已知当地重力加速度值为g,为求受到的阻力大小,还需要测量的物理量是重锤的质量m.设重锤受到的平均阻力为FF,由牛顿第二定律得:
mg-FF=ma
所以FF=m(g-a)=m[g-
].
答案:
(1)B没有必要,C错误;原因见解析
(2)a=
(3)重锤的质量mFF=m[g-
]
12.在“验证机械能守恒定律”的实验中:
(1)某同学用如图596甲所示装置进行实验,得到如图5-9-6乙所示的纸带.测得点A、C间的距离为14.77cm,点C、E间的距离为16.33cm.已知当地重力加速度为g=9.8m/s2,重锤的质量为m=1.0kg.则重锤在下落过程中受到的平均阻力大小Ff=_________(交流电频率为50Hz).
图5-9-6
(2)某同学上交的实验报告显示重锤的动能略大于重锤的势能,则出现这一问题的原因可能是___________(填序号).
A.重锤的质量测量错误
B.该同学自编了实验数据
C.交流电源的频率不等于50Hz
D.重锤下落时受到的阻力过大
解析:
(1)由a=
得a=
m/s2=9.75m/s2
由牛顿第二定律有mg-Ff=ma
所以平均阻力Ff=mg-ma=m(g-a)=1.0×(9.8-9.75)N=0.05N.
(2)由题知
mv2>mgh即
v2>gh,与m无关,故A错误.因阻力是难免的,只会是Ek<Ep,故自编实验数据是可能的,B正确.因计算速度的公式为vn=
(sn+sn+1),如果实际打点频率小于50Hz,而计算时若仍按50Hz计算,则会使速度偏大,造成动能大于势能的结果,故C正确.阻力过大只会出现动能的增加量小于势能的减少量,故D错误.在“验证机械能守恒定律”的实验中,重锤在下落时受到的阻力主要来自两个方面:
一是纸带与限位孔和振针间的摩擦力;二是下落过程中受到的空气阻力.故重锤下落时的加速度应小于重力加速度,我们通过实验数据可以求出平均阻力的大小.
答案:
(1)0.05N
(2)BC
13.在用落体法验证机械能守恒定律的实验中:
(1)运用公式
=mgh对实验条件的要求是_________,为此目的,所选择的纸带1、2两点间的距离应接近_________.
(2)若实验中所用重锤的质量m=1kg,打点纸带如图597所示.打点时间间隔为0.02s,则记录B点时,重锤速度vb=_________,重锤动能Ek=_________,从开始下落起至B点重锤的重力势能减少量是_________,由此可得出结论是___________________________.
图5-9-7
(3)根据纸带算出相关各点的速度v,量出下落距离h,则以
为纵轴,以h为横轴画出的图象是图5-9-8中的()
图5-9-8
解析:
(1)实验条件:
在打第一点时重物的速度为零(或初速度为零).物体自由下落时,在0.02s之内的位移为h=
gt2=
×9.8×(0.02)2mm≈2mm.
(2)vb=
m/s=0.59m/s,此时重锤的动能为
Ek=
mvb2=
×1×(0.59)2J=0.17J,物体的重力势能减小量为
ΔEp=mgh=1×9.8×17.6×10-3J=0.17J.结论:
机械能守恒定律得以验证.
(3)由机械能守恒定律可知mgh=
mv2,即验证机械能守恒定律成立,只需验证
v2=gh即可.如以纵坐标
,横坐标为h,则图象应为过原点,且斜率为g的直线.故选C.本题涉及一种新的验证机械能守恒定律的方法,即图象法.以
为纵坐标,以h为横坐标,如果
-h的图象为一条过原点的直线,并且斜率k=g,则表明机械能守恒.图象法可以更形象、更明了地表示出物理量之间的关系,我们在学习中要熟练掌握这种方法.
答案:
(1)在打第一点时重物的速度为零(或初速度为零)2mm
(2)0.59m/s0.17J0.17J结论:
机械能守恒定律得以验证
(3)C
答案:
1.
解析:
橡皮筋完全恢复后不再有力对小车做功,小车做匀速运动,纸带上的点间距
是均匀的,故A对,B、C错;若纸带上没有间距均匀的点,说明纸带太短,橡皮筋
还没完全恢复原状纸带已完全通过打点计时器,在这种情况下应选用更长的纸带,
或者是因为摩擦力没被完全平衡,需重新平衡摩擦力,故D错.
答案:
A
2.
解析:
通过实验可知,做的功W与小车速度v2成正比,故与v应是二次函数关系,
故B正确,A、C、D均错.
答案:
B
3.
解析:
放开小车之后,小车在橡皮筋的作用下开始加速运动,等到橡皮筋与小车分
离之后,小车做匀速直线运动.本实验中测的速度是小车匀速运动的速度,因此研
究纸带上打下的点一定是那些均匀分布的点,故D不正确.
答案:
D
4.
解析:
该实验中的研究对象是滑块,目的是比较合外力对滑块所做的功与滑块动能
的增量的关系.因为合外力不等于滑块的重力,两端质量不可能“抵消”,所以要
分别测出沙、滑块的质量,还要测出滑块移动的距离,便于计算做的功和速度.
实验时应注意平衡摩擦力,以减少误差.从实验方便性上考虑要把沙的重力看做滑
块所受的合外力,m应远远小于M.实验验证的表达式为mgL=
Mv22-
Mv12.
答案:
(1)天平、刻度尺
(2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量 平衡摩擦力
(3)mgL=
Mv22-
Mv12
5.
解析:
(1)计算小车速度是利用打上点的纸带,故不需要秒表.打点计时器应使用低
压交流电源,故多余的器材是C、E.
测量点与点之间的距离要用毫米刻度尺
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- 物理 必修 同步 测控 优化 训练 229 实验 验证 机械能 守恒定律