【同步備課】2020年高中物理課時訓練(新人教必修二)7.9《實驗：驗證機械能守恒定律》6

第七章第九節(jié)1.在“驗證機械能守恒定律”的試驗中，需要直接測量和間接測量的數(shù)據(jù)是重物的()A．質量 B．下落時間C．下落高度 D．瞬時速度解析：本試驗要驗證在只有重力做功的狀況下，機械能守恒，從紙帶上直接測量物體下落的高度，并通過紙帶上的點測定物體在某位置時的瞬時速度．答案：CD2．在驗證機械能守恒定律的試驗中，對于自由下落的重物，下述選擇的條件更為有利的是()A．只要足夠重就可以B．只要體積足夠小就可以C．既要足夠重，又要體積足夠小D．應當密度大些，還應便于夾緊紙帶解析：在驗證機械能守恒定律的試驗中，阻力與重力相比越小，試驗中的誤差就越小，所以選擇下落的重物時應既要重，體積又小，即密度要大些，而且還應便于夾緊紙帶．故C、D選項正確．答案：CD3．在驗證機械能守恒定律的試驗中，某同學依據(jù)紙帶求得相關各點的瞬時速度，以及與此相對應的下落距離h，以v2為縱軸，以h為橫軸，建立坐標系，描點后畫出變化圖線，從而驗證機械能守恒定律，若全部操作均正確，則得到的v2－h(huán)圖象應是下圖中的()解析：eq\f(1,2)mv2＝mgh得v2＝2gh，所以v2∝h，所畫v2－h(huán)圖象是一通過原點的直線．答案：C4．在做“驗證機械能守恒定律”試驗時，打點計時器的電源頻率是50Hz.某同學先后打出兩條紙帶，紙帶Ⅰ上從第1點開頭的相鄰點間的距離依次為：1.9mm,6.0mm,10.0mm,14.0mm；紙帶Ⅱ上從第1點開頭的相鄰各點間的距離依次為：2.5mm、6.0mm、11.5mm、16.3mm.那么應選用紙帶________進行測量和計算．依據(jù)你所選用的紙帶，利用第2、3兩點間的距離和第4、5兩點間的距離，可以計算出當?shù)氐闹亓铀俣鹊拇笮開_______．在打第3點時重物的瞬時速度為________m/s.為了驗證機械能守恒定律，應當計算出打第2、3、4點時物體削減的________和增加的________，然后比較它們的數(shù)值在試驗允許誤差范圍內是否近似相等．解析：打點計時器使用的為50Hz的溝通電，每兩個自然點之間的時間間隔為0.02s，假如物體做自由落體運動，第一個0.02s的位移h＝eq\f(1,2)gΔt2≈2mm，所以紙帶的第一、二兩點的距離接近2mm的紙帶，說明紙帶釋放的時間合適，正好在打第一個點時釋放，用該條紙帶的數(shù)據(jù)，試驗結果誤差較小，故應選紙帶Ⅰ.利用Δx＝2gT2，g＝eq\f(14.0－6.0×10－3,2×0.022)m/s2＝10m/s2，v3＝eq\f(10.0＋6.0×10－3,2×0.02)m/s＝0.4m/s.物體下落過程中，重力勢能削減，動能增加，Ep的削減量和Ek的增加量相等，則過程中機械能守恒．答案：Ⅰ10.0m/s20.40重力勢能動能5．驗證機械能守恒定律的試驗裝置已安裝完畢，請完成如下試驗操作：(1)將紙帶穿過打點計時器的________，紙帶下端固定在重錘上，上端用手提住，紙帶不與限位孔接觸．(2)接通打點計時器的電源使它工作，讓紙帶從________狀態(tài)開頭釋放，計時器在紙帶上打出一系列的點．(3)更換紙帶重復進行四次試驗．從打出的幾條紙帶中選擇________的紙帶進行下面的測量．(4)把紙帶上的第1個點記為O.在第1個點后距離較遠處任意選取一點P，數(shù)出由O到P________數(shù)目n，用刻度尺測出________的距離h.(5)打點計時器工作電源頻率為50Hz，則打點間隔時間為________s．依據(jù)v＝________計算出P點的速度．(6)由上面的h和v分別計算________和________，看兩者________．(7)在其他紙帶上再另選幾個點，重復步驟(4)、(5)、(6)．答案：(1)限位孔并在復寫紙下面經過(2)靜止(3)點跡清楚(4)計時點間隔的OP間(5)0.02eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)(6)重錘重力勢能的削減ΔEp＝mgh重錘動能的增量ΔEk＝eq\f(1,2)mv2在試驗誤差范圍內是否近似相等6．用如圖所示的試驗裝置“驗證機械能守恒定律”．試驗所用的電源為同學電源，輸出電壓為6V的溝通電和直流電兩種．重物從高處由靜止開頭下落，打點計時器在重物拖著的紙帶上打出一系列的點，選取點跡清楚的紙帶進行測量，即可“驗證機械能守恒定律”．下面列舉了該試驗的幾個操作步驟：A．依據(jù)圖示的裝置安裝器件；B．將打點計時器接到電源的直流輸出端上；C．用天平測量出重錘的質量；D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關打出一條紙帶；E．測量打出的紙帶上某些點之間的距離；F．依據(jù)測量的結果計算重物下落過程中削減的重力勢能是否等于增加的動能．指出其中沒有必要進行的或者操作不恰當?shù)牟襟E，并說明緣由．解析：步驟B是錯誤的，應當接到電源的溝通輸出端．步驟D是錯誤的，應先接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后再釋放紙帶；步驟C不必要，由于依據(jù)測量原理，重物的動能和勢能表達式中都包含了質量m，可以約去．答案：見解析7．利用打點計時器驗證機械能守恒定律，讓重錘自由下落，在紙帶上打出一系列點．舍去前面較密集的點，取O為起始點，各點間距已標在紙帶上，如下圖所示．所用溝通電源頻率為50Hz，重錘質量為m＝100g.(1)打出A點時，重錘下落的速度vA＝________，重錘的動能EkA＝________.(2)打出F點時，重錘下落的速度vF＝________，重錘的動能EkF＝________.(3)從打A點到打F點，重錘的動能增加了________，重力勢能削減了________．(4)據(jù)上述計算結果，在試驗誤差允許的范圍內，從打A點到打F點過程中，得到的結論是___________________________________．答案：(1)1.30m/s0.084J(2)2.27m/s0.257J(3)0.173J0.175J(4)在誤差范圍內，物體下落過程機械能守恒8．用如圖所示的試驗裝置驗證機械能守恒定律．試驗所用的電源為同學電源，輸出電壓為6V的溝通電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開頭落下，重錘上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．(1)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值，如下圖所示．依據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起始點O的距離為s0，點A、C間的距離為s1，點C、E間的距離為s2，使用溝通電的頻率為f，則依據(jù)這些條件計算重錘下落的加速度a的表達式為：a＝________.(2)在驗證機械能守恒定律的試驗中發(fā)覺，重錘減小的重力勢能總是大于重錘增加的動能，其緣由主要是由于在重錘下落過程中存在著阻力的作用，可以通過該試驗裝置測定該阻力的大?。粢阎?shù)刂亓铀俣裙J的較精確?????的值為g，還需要測量的物理量是________．試用這些物理量和紙帶上的測量數(shù)據(jù)表示出重錘下落的過程中受到的平均阻力大小為F＝________.解析：(1)依據(jù)勻變速直線運動規(guī)律Δs＝aT2，有a＝eq\f(Δs,T2)＝eq\f(s2－s1,2T2)＝eq\f(s2－s1,4)f2.(2)依據(jù)牛頓其次定律有：mg－F＝ma，得F＝mg－ma＝m．故需要測量的物理量為重錘的質量m.答案：(1)eq\f(s2－s1,4)f2(2)重錘的質量mm9．為了測定一根輕彈簧壓縮最短時能儲存的彈性勢能的大小，可以將彈簧固定在一帶有凹槽軌道的一端，并將軌道固定在水平桌面邊緣上，如下圖所示，用鋼球將彈簧壓縮至最短，最終突然釋放，鋼球將沿軌道飛出桌面，試驗時(1)需要測定的物理量為_____________________________________________________________________．(2)計算彈簧最短時彈性勢能的關系式是Ep＝________.解析：(1)需要測定的物理量有：鋼球質量m、桌面高度h、鋼球落點與飛出點的水平距離s.(2)彈簧最短時的彈性勢能全部轉化為鋼球平拋時的初動能，Ep＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，而依據(jù)平拋運動規(guī)律有：h＝eq\f(1,2)gt2，s＝v0t得，v0＝eq\f(s,\r(\f(2h,g)))，故Ep＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(mgs2,4h).構思試驗的方案應從試驗的目的和原理動身，并結合現(xiàn)有的試驗條件；試驗過程中測量工具的選擇應依據(jù)試驗原理中涉及的物理量和試驗精確度的要求選?。?，測量一個小球的直徑要用游標卡尺，測量一根長約1m的線用毫米刻度尺即可；試驗器材的安裝應從操作便利、試驗誤差小等方面考慮；試驗步驟的設計和試驗器材安裝遵循的原則基本全都；試驗數(shù)據(jù)的處理從兩方面考慮：①精確?????，盡可能消退偶然誤差；②簡便等．答案：(1)鋼球質量m、桌面高度h、鋼球落點與飛出點的水平距離s(2)eq\f(mgs2,4h)10．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．(1)若選定物塊A從靜止開頭下落的過程進行測量，則需要測量的物理量有____________．(填入選項前的編號)①物塊的質量m1、m2；②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間；③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間；④繩子的長度．(2)為提高試驗結果的精確?????程度，某小組同學對此試驗提出以下建議：①繩的質量要輕；②在“