9.實驗：驗證機械能守恒定律“十市聯(lián)賽”一等獎

驗證機械能守恒定律同步測試1．利用打點計時器驗證自由落體運動的物體機械能守恒時，下列器材中不必要的是()A．重物 B．紙帶C．天平 D．低壓電源解析：驗證機械能守恒定律的原理是重力勢能的減少量與物體動能的增加量相等，即mgΔh＝eq\f(1,2)mv2，由此式可看出：不需測物體的質量，故C正確．本題涉及驗證機械能守恒的基本原理，體現(xiàn)了對基本實驗能力的考查．答案：C2．在做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，發(fā)現(xiàn)重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動能，造成這種現(xiàn)象的原因是()A．選用的重錘質量過大B．選用的重錘質量過小C．空氣對重錘的阻力和打點計時器對紙帶的阻力D．實驗時操作不過細，實驗數(shù)據測量不準確解析：重錘和紙帶下落過程中要克服阻力做功，因此重錘減少的重力勢能要大于增加的動能，故C正確．答案：C3．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，打點計時器安裝時必須使計時器保持水平，而使限位孔保持豎直狀態(tài)，這是因為()A．紙帶通過順暢，以減少摩擦阻力B．無論限位孔怎樣安裝對實驗結果無影響C．保證打點均勻D．保證重錘能勻速下落解析：根據實驗原理可知，阻力越小，其消耗的機械能越少，實驗結果就越準確，所以需采取各種措施減小摩擦，使限位孔豎直就是其中的措施之一．答案：A4．在“驗證機械能守恒定律”實驗中，對于自由下落的重物，下述選擇的條件哪種更為有利()A．只要足夠重就可以B．只要體積足夠小就可以C．既要重，又要體積小D．應該密度大些，還應便于夾緊紙帶，使紙帶隨同運動時不致扭曲解析：選擇重物時既要考慮減小空氣阻力，又要考慮實驗的方便，可操作性強，故C、D正確．答案：CD5．某同學身高，在運動會上他參加跳高比賽，起跳后身體橫著越過了高度的橫桿．據此可估算出他起跳時豎直向上的速度大約為(g取10m/s2)()A．2m/s B．4m/sC．6m/s D．8m/s解析：將運動員視為做豎直上拋運動，整個過程機械能守恒，取地面為參考平面，最高點速度為零，由Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2得：eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh1＝mgh2，其中h1為起跳時人重心的高度，即h1＝，代入數(shù)據得起跳速度v0＝eq\r(2gh2－h(huán)1)＝eq\r(2×10×－)m/s≈s.本題易錯點出現(xiàn)在漏掉了人的身高，認為人的重心從地面升高而錯選C.答案：B6．如圖所示，兩個質量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1>m2.現(xiàn)要利用此裝置驗證機械能守恒定律．若選定物塊A從靜止開始下落的過程進行測量，則需要測量的物理量有()A．物塊的質量m1、m2；B．物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間；C．物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間；D．繩子的長度解析：通過連結在一起的A、B兩物體驗證機械能守恒定律，即驗證系統(tǒng)的勢能變化與動能變化是否相等，A、B連結在一起，A下降的距離一定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的，故B、C只測其中之一即可，不需要測量繩子的長度．答案：AB或AC7．為進行驗證機械能守恒定律的實驗，有下列器材可供選擇：鐵架臺、打點計時器、復寫紙、紙帶、低壓直流電流、天平、秒表、導線、開關，其中不必要的器材是____________________，缺少的器材是________________________．答案：(1)低壓直流電流、天平、秒表(2)重錘、刻度尺、低壓交流電源8．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知電火花計時器所用的電源頻率為50hz，查得當?shù)氐闹亓铀俣葹閟2，測得所用的重物的質量為.實驗中得到一條點跡清晰的紙帶，把第一個點記作O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點．經測量知道A、B、C、D到O點的距離分別為、、、.根據以上數(shù)據，可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于________J，動能增加量等于________J(取3位有效數(shù)字)．解析：C點到O點的距離hc＝，由此可知重力勢能的減少量為mghc＝×××10－2≈.不能錯誤認為動能增加量也為．C點的速度vc＝hBD/2T代入數(shù)值可以解得vc＝s.所以重物動能的增量為eq\f(1,2)mv2＝．在誤差允許的范圍內重力勢能的減少量等于動能的增加量．答案：9．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，所用電源的頻率為50hz，某同學選了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點對應刻度尺上的讀數(shù)如圖所示，(圖中O點是電火花計時器打出的第一個點，A、B、C、D、E分別是每打兩個點取出計數(shù)點，單位是：mm)．根據紙帶要求計算：(1)重物下落的加速度；(2)若重物的質量為m，則重物從開始下落到打B點時，減少的重力勢能；(3)重物下落到打B點時增加的動能；(4)從(2)(3)數(shù)據可得出什么結論？產生誤差的主要原因是什么？解析：(1)要據逐差法求加速度xAB＝eq\x\to(OB)－eq\x\to(OA)＝－＝＝，xBC＝eq\x\to(OC)－eq\x\to(OB)＝－＝＝5m，xCD＝eq\x\to(OD)－eq\x\to(OC)＝－＝＝，xDE＝eq\x\to(OE)－eq\x\to(OD)＝498mm－＝＝5m.a1＝(xCD－xAB)/2T2，a2＝(xDE－xBC)/2T2，eq\x\to(a)＝eq\f(a1＋a2,2)＝(xCD＋xDE－xBC－xAB)/4T2，＝＋5－5－/[4×2]m/s2≈s2.即重物下落的加速度為s2.(2)重物從開始下落到打B點時減少的重力勢能為：ΔEp減＝mgh＝mgeq\x\to(OB)＝×0mJ＝(3)重物下落到打B點時的速度為vB＝(xAB＋xBC)/2T＝＋5)/(2×m/s≈s則物體從開始下落到打B點增加的動能為ΔEk增＝mveq\o\al(2,B)/2≈(4)從(2)(3)可以得出在實驗誤差允許范圍內重物重力勢能的減少量等于其動能的增加量，機械能守恒．重物減少的重力勢能略大于其增加的動能的原因是：重物在下落時要受到阻力的作用(打點計時器對紙帶的摩擦阻力、空氣阻力等)．重物克服阻力做功要損失一部分機械能．答案：(1)s2(2)(3)(4)見解析10．在用落體法驗證機械能守恒定律時，某同學按照正確的操作選得紙帶如圖所示，其中O是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的3個點．該同學用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點的距離，并記錄在圖中(單位：cm)．(已知交流電的周期為T＝(1)該三個數(shù)據中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是________，應記作________cm.(2)該同學用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，已知當?shù)氐闹亓铀俣萭＝s2，他用AC段的平均速度作為跟B點對應的物體的即時速度，則該段重錘重力勢能的減少量為________，而動能的增加量為________(均保留3位有效數(shù)字，重錘質量為1kg)，這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量__________動能的增加量(選填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)另一位同學根據同一條紙帶，同一組數(shù)據，也用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，將打點計時器打下的第一個點O記為第1個點，圖中的B是打點計時器打下的第9個點．因此他用vB＝gt計算B點對應的物體的即時速度，得到動能的增加量為________，這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量________動能的增加量(選填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________.解析：(1)用毫米刻度尺測量，有效數(shù)字應精確到，所以不符合有效數(shù)字讀數(shù)的要求，應記作.(2)重錘重力勢能的減少量為mghB＝，動能的增加量為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(hC－h(huán)A,2T)))2≈，這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量“大于”動能的增加量，原因是重錘在下落的過程中受到阻力的作用．(3)動能的增加量為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)m(gt)2≈，這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重錘勢能的減少量“小于”動能的增加量，原因是重錘下落的加速度比重力加速度g要小．答案：(1)(2)大于重錘在下落的過程中受到阻力的作用(3)小于重錘下落的加速度比重力加速度g要小11．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，所用電源的頻率為50hz，某同學選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時，各計數(shù)點對應刻度尺上的讀數(shù)如圖所示(圖中O點是打點計時器打出的開始下落的第1個點，A、B、C、D、E、F分別是每打兩個點取出的計數(shù)點)根據紙帶計算：(1)重物下落到打B點、E點時的速度．(2)若重物的質量為mkg，則重物從開始下落到打B點時，減少的重力勢能是多少？重物增加的動能為多少？(3)若重物質量為mkg，求重物下落BE高度的過程中重力勢能減少多少？重物的動能增加多少？(4)從(2)(3)數(shù)據可得出什么結論？產生誤差的原因是什么？(當?shù)刂亓铀俣葹閟2)解析：(1)xAB＝－＝＝0m，xBC＝－＝＝5m，xDE＝－＝＝5m，xEF＝－＝＝0m，vB＝eq\f(xAB＋xBC,2T)＝eq\f0＋5,2×m/s≈s，vE＝eq\f(xDE＋xEF,2T)＝eq\f5＋0,2×m/s≈s.(2)重物從開始下落到打B點時，減少的重力勢能為ΔEp減＝mgxBO＝×≈.增加的動能為ΔEk增＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)m×2≈.(3)重物下落BE高度時減少的重力勢能為ΔEp減＝mgxEB＝×0－0)m≈，增加的動能ΔEk增＝eq\f(1,2)mveq\o\