2016-2017學年人教版必修2-實驗驗證機械能守恒定律-作業(yè)(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課時訓練21實驗:驗證機械能守恒定律題組一實驗原理與步驟1.(多選)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,要驗證的是重物重力勢能的減少等于它動能的增加,以下步驟僅是實驗中的一部分,在這些步驟中多余的或錯誤的有()A.用天平稱出重物的質(zhì)量B.把打點計時器固定到鐵架臺上,并用導線把它和低壓交流電源連接起來C.把紙帶的一端固定到重物上,另一端穿過打點計時器的限位孔,把重物提升到一定高度D.接通電源,待打點穩(wěn)定后釋放紙帶E.用停表測出重物下落的時間解析:在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,需驗證重力勢能減少量mgh和動能增加量mv2之間的大小關(guān)系,若機械能守恒,則有mgh=mv2成

2、立,兩邊都有質(zhì)量,可約去,即驗證gh=v2成立即可,故無需測質(zhì)量,A選項多余;對E選項,測速度時,用的是紙帶上的記錄點間的距離和打點計時器打點的時間間隔,無需用停表測量,因此E選項也多余。答案:AE2.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,下列物理量中要用工具測量的有,通過計算得到的有。 A.重錘的質(zhì)量B.初始時重錘距地面的高度C.重錘下落的高度D.與重錘下落高度對應(yīng)的重錘瞬時速度解析:通過實驗原理可知,重錘下落的高度要用毫米刻度尺直接量出,下落這一高度時對應(yīng)的速度由中間時刻的瞬時速度等于那一段時間內(nèi)的平均速度求出,故需用工具測量的是C,通過計算得到的是D。答案:CD3.某同學為驗證機械

3、能守恒定律編排了如下實驗步驟:A.用天平稱出重物的質(zhì)量B.把紙帶固定到重物上,并把紙帶穿過打點計時器,提升到一定高度C.拆掉導線,整理儀器D.斷開電源,調(diào)整紙帶,重做兩次E.用停表測出重物下落的時間F.用毫米刻度尺測出計數(shù)點與起點的距離,記錄數(shù)據(jù),并計算出結(jié)果,得出結(jié)論G.把打點計時器接到低壓直流電源上H.接通電源,釋放紙帶I.把打點計時器接到低壓交流電源上J.把打點計時器固定到桌邊的鐵架臺上上述實驗步驟中錯誤的是,可有可無的是,其余正確且必要的步驟按實驗操作順序排列應(yīng)是。(均只需填步驟的代號) 解析:對于物理實驗,掌握實驗原理和操作方法是最基本的要求。只有掌握了實驗原理,才能判斷出

4、實驗步驟中哪些是錯誤的,哪些是正確且必要的。只有親自動手進行認真的操作,才能將實驗步驟按正確的順序排列。上述實驗步驟中錯誤的是E和I,因為實驗中不需要測定時間,打點計時器應(yīng)使用低壓交流電源?？捎锌蔁o的實驗步驟是A。其余正確且必要的步驟按實驗操作順序排列是JGBHDCF。答案:E、IAJGBHDCF題組二實驗數(shù)據(jù)處理和注意事項4.如圖是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶。有關(guān)尺寸在圖中已注明。我們選中n點來驗證機械能守恒定律。下面舉一些計算n點速度的方法,其中正確的是()n點是第n個點,則vn=gnTn點是第n個點,則vn=g(n-1)Tvn=vn=A.B.C.D.解析:速度不能用v

5、=gt或v=計算,因為只要認為加速度為g,機械能當然守恒,即相當于用機械守恒定律驗證機械能守恒定律。況且用v=gt計算出的速度比實際值大,會得出機械能增加的結(jié)論,而因為摩擦阻力的影響,機械能應(yīng)該減小,所以速度應(yīng)從紙帶上直接測量計算。答案:C5.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz。查得當?shù)氐闹亓铀俣萭=9.80 m/s2,測得所用的重物的質(zhì)量為1.00 kg。實驗中得到一條點跡清晰的紙帶,把第1個點記為O點,另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點。經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85

6、.73 cm。(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知,重物由O點運動到C點,重力勢能的減少量等于J,動能的增加量等于J。(保留三位有效數(shù)字) (2)實驗中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因主要是,為了減小誤差,懸掛在紙帶下的重物的質(zhì)量應(yīng)選擇。 (3)如果以為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的-h圖線是,該線的斜率等于。 解析:(1)先判定D點的可靠性,即判定sBC-sAB是否等于sCD-sBC。如相等(或在誤差范圍內(nèi)),D點就可靠(在D點之前重物做自由落體運動),就可利用vC=求出重物在C點的速度,EkC=。則重力勢能的減少量Ep=mgh,h是O點到C點的距離。故Ep=mgh=1.00

7、5;9.80×0.777 6 J7.62 J。由于vC= m/s3.888 m/s,所以動能的增加量Ek=×1.00×3.8882 J7.56 J。(2)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是打點計時器限位孔對紙帶有摩擦力,選擇質(zhì)量較大的重物可減小摩擦力的影響。(3)以為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的-h圖線是一條過原點的斜傾直線,該線的斜率為當?shù)刂亓铀俣?。答?(1)7.627.56(2)打點計時器限位孔對紙帶有摩擦力較大的(3)一條過原點的傾斜直線當?shù)刂亓铀俣?9.80 m/s2)(建議用時:30分鐘)1.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,下列物理量中需要直接測量的是

8、() A.重物的質(zhì)量B.重力加速度C.重物下落的高度D.重物下落某一高度所對應(yīng)的瞬時速度解析:重物的質(zhì)量不需要測量;重力加速度是已知的;重物下落的高度需要測量;瞬時速度是根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)計算得出的。故選項C正確。答案:C2.某位同學做“驗證機械能守恒定律”的實驗,下列操作步驟中錯誤的是()A.把打點計時器固定在鐵架臺上,用導線連接到低壓交流電源B.將連有重物的紙帶穿過限位孔,使重物停靠在打點計時器附近C.先釋放紙帶,再接通電源D.更換紙帶,重復實驗,根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù)解析:若先釋放紙帶,再接通電源,則紙帶的起點不是自由落體的起點,選項C錯誤。答案:C3.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,下列關(guān)于

9、實驗誤差的說法正確的是()A.所用電源的電壓不穩(wěn)是造成該實驗誤差的主要原因B.重物質(zhì)量的稱量不準會引起較大的誤差C.重物質(zhì)量選得較大一些,有利于減小誤差D.在求某點的速度時,通過所打的點得出時間t,再使用公式v=gt進行計算,這樣得到的速度值會更準確解析:本實驗中紙帶與打點計時器限位孔之間的摩擦力是實驗誤差產(chǎn)生的主要來源。實驗不需要測量重物質(zhì)量的具體數(shù)值,但重物重力較大時,其摩擦力就相對小,這樣可以減小相對誤差。在求某點速度時不能使用v=gt公式計算,因該值為理論值而不是實驗值,故答案應(yīng)選C。答案:C4.圖中甲、乙兩圖都是用來“驗證機械能守恒定律”的裝置示意圖,已知該打點計時器的打點頻率為50

10、 Hz。甲、乙兩圖相比較,圖所示的裝置較好,簡單說明原因:。 解析:因為用夾子固定紙帶,可以避免乙圖中用手握住紙帶的弊端,一方面,由于手的抖動會造成紙帶上的第一個點跡被拖長或位置不確定;另一方面,用夾子固定紙帶,便于將紙帶調(diào)整為豎直方向,以避免紙帶與打點計時器限位孔之間產(chǎn)生過大的摩擦。答案:甲原因見解析5.驗證機械能守恒定律的實驗采用重物自由下落的方法。(1)若實驗中所用重錘質(zhì)量m=1 kg,打點紙帶如圖所示。打點時間間隔為0.02 s,則記錄B點時重錘的速度為。重錘的動能為,從開始下落到B點,重錘的重力勢能減少量是,因此可以得出的結(jié)論是。(保留兩位小數(shù)) (2)根據(jù)紙帶算

11、出相關(guān)各點的速度v,量出下落距離h,則以v2為縱軸,以h為橫軸,畫出的圖象應(yīng)是。 解析:(1)vB=0.59 m/s,重錘的動能EkB=0.17 J,重錘重力勢能的減少量EpB=mghB0.18 J。所以,在誤差允許范圍內(nèi),重物的動能增加量等于重力勢能的減少量。(2)重錘下落過程中mgh=mv2,所以v2=gh,以v2為縱軸,h為橫軸,畫出的圖象應(yīng)是過原點的直線。答案:(1)0.59 m/s0.17 J0.18 J見解析(2)過原點的直線6.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,重物質(zhì)量m=1 kg,紙帶上打的點如圖所示,打點計時器外接50 Hz 的低壓交流電源。(1)紙帶的哪一端與重物

12、相連?(2)打點計時器打下B點時重物的速度是多少?(3)若g取9.8 m/s2,則從起點O到打B點的過程中機械能是否守恒?通過計算驗證。解析:(1)左端,因為重物與第一個點最近。(2)vB=×10-2 m/s=0.98 m/s。(3)重錘重力勢能的減少量為Ep=mgh=1×9.8×5.01×10-2 J=0.49 J重錘動能的增加量為Ek=×1×0.982 J=0.48 J在實驗誤差允許的范圍內(nèi),可認為Ep=Ek,機械能守恒。答案:(1)左端(2)0.98 m/s(3)見解析7.如圖甲所示,將包有白紙的圓柱棒代替紙帶和重物,蘸有顏料的毛筆固定在馬達上并隨之轉(zhuǎn)動,使之代替打點計時器。當燒斷掛圓柱棒的線后,圓柱棒沿豎直方向自由落下,毛筆就在圓柱棒的白紙上劃出記號,如圖乙所示。測得記號之間的距離依次為26、42、58、74、90、106,單位為mm,已知馬達銘牌上有“1 440 r/min”的字樣,g取10 m/s2,請說明如何由此驗證機械能守恒。解析:由馬達銘牌“1 440 r/min”算出毛筆畫記號的時間間隔T= s0.04 s。根據(jù)vn=算出劃第n條線時圓柱棒的瞬時速度。vC= m/s=1.25 m/s,vD= m/s=1.65 m/s