【名師一號(hào)】2021年人教版物理雙基限時(shí)練-必修二：第七章-9實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

雙基限時(shí)練(二十三)試驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，需要直接測(cè)量和間接測(cè)量的數(shù)據(jù)是重物的()A．質(zhì)量 B．下落時(shí)間C．下落高度 D．瞬時(shí)速度解析本試驗(yàn)要驗(yàn)證在只有重力做功的狀況下，機(jī)械能守恒，從紙帶上直接測(cè)量物體下落的高度，并通過(guò)紙帶上的點(diǎn)測(cè)定物體在某位置時(shí)的瞬時(shí)速度．答案CD2．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，對(duì)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(yīng)當(dāng)密度大些，還應(yīng)便于夾緊紙帶解析在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中，阻力與重力相比越小，試驗(yàn)中的誤差就越小，所以選擇下落的重物時(shí)應(yīng)既要重，體積又小，即密度要大些，而且還應(yīng)便于夾緊紙帶，故C、D選項(xiàng)正確．答案CD3．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，某同學(xué)依據(jù)紙帶求得相關(guān)各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，以及與此相對(duì)應(yīng)的下落距離h，以v2為縱軸，以h為橫軸，建立坐標(biāo)系，描點(diǎn)后畫(huà)出變化圖線，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，若全部操作均正確，則得到的v2－h(huán)圖象應(yīng)是下圖中的()解析由eq\f(1,2)mv2＝mgh得v2＝2gh，所以v2∝h，所畫(huà)v2－h(huán)圖象是一通過(guò)原點(diǎn)的直線．答案C4.為驗(yàn)證在自由落體過(guò)程中物體的機(jī)械能是守恒的，某同學(xué)利用試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置如圖所示，圖中A、B兩點(diǎn)分別固定了兩個(gè)速度傳感器，速度傳感器可以測(cè)出運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度．在試驗(yàn)中測(cè)得一物體自由下落經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度是v1，經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度是v2，為了證明物體經(jīng)過(guò)A、B兩點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能相等，這位同學(xué)又設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)步驟，你認(rèn)為其中不必要或者錯(cuò)誤的是()A．用天平測(cè)出物體的質(zhì)量B．測(cè)出A、B兩點(diǎn)間的豎直距離C．測(cè)量物體的質(zhì)量，利用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)算出物體從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中動(dòng)能的變化量D．驗(yàn)證veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)與2gh是否相等答案AC5．在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率是50Hz.某同學(xué)先后打出兩條紙帶，紙帶Ⅰ上從第1點(diǎn)開(kāi)頭的相鄰點(diǎn)間的距離依次為：1.9mm、6.0mm、10.0mm、14.0mm；紙帶Ⅱ上從第1點(diǎn)開(kāi)頭的相鄰各點(diǎn)間的距離依次為：2.5mm、6.0mm、11.5mm、16.3mm.那么應(yīng)選用紙帶________進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算．依據(jù)你所選用的紙帶，利用第2、3兩點(diǎn)間的距離和第4、5兩點(diǎn)間的距離，可以計(jì)算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊拇笮開(kāi)_______．在打第3點(diǎn)時(shí)重物的瞬時(shí)速度為_(kāi)_______m/s.為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，應(yīng)當(dāng)計(jì)算出打第2、3、4點(diǎn)時(shí)物體削減的________和增加的________，然后比較它們的數(shù)值在試驗(yàn)允許誤差范圍內(nèi)是否近似相等．解析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的為50Hz的溝通電，每?jī)蓚€(gè)自然點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02s，假如物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，第一個(gè)0.02s的位移h＝eq\f(1,2)gΔt2≈2mm，所以紙帶的第一、二兩點(diǎn)的距離接近2mm的紙帶，說(shuō)明紙帶釋放的時(shí)間合適，正好在打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)釋放，用該條紙帶的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果誤差較小，故應(yīng)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(guò)程中，重力勢(shì)能削減，動(dòng)能增加，Ep的削減量和Ek的增加量相等，則過(guò)程中機(jī)械能守恒．答案Ⅰ10.0m/s20.40重力勢(shì)能動(dòng)能6．圖中甲、乙兩圖都是利用“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)來(lái)測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭值的裝置示意圖．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz.甲乙丙(1)這兩圖相比較，用哪個(gè)圖所示的裝置試驗(yàn)較好？簡(jiǎn)潔說(shuō)明理由．(2)上圖中的丙是接受較好的裝置并按正確的試驗(yàn)步驟進(jìn)行試驗(yàn)打出的一條紙帶，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)的第一個(gè)點(diǎn)，標(biāo)為1，后面依次打下的一系列點(diǎn)跡分別為2、3、4、5…….經(jīng)測(cè)量，第15至17點(diǎn)間的距離為11.69cm，第1至第16點(diǎn)間的距離為43.83cm，則打下第16個(gè)點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為_(kāi)_______m/s.在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，可認(rèn)為重物在下落的過(guò)程中機(jī)械能守恒，由此求得重力加速度值為g＝________m/s2(要求保留3位有效數(shù)字)．解析(1)用甲圖所示的裝置試驗(yàn)較好．由于用夾子固定，可以避開(kāi)乙圖由于手的抖動(dòng)而造成紙帶上的第1個(gè)點(diǎn)跡被拖長(zhǎng)和位置不確定的現(xiàn)象．另外由于用夾子固定紙帶，便于紙帶調(diào)整到豎直方向，以避開(kāi)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(限位孔)之間產(chǎn)生較大的摩擦，而乙圖中用手握住紙帶，難于做到這一點(diǎn)．(2)v16＝eq\f(0.1169,0.02×2)m/s＝2.92m/s.由mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,16)，得：g＝eq\f(v\o\al(2,16),2h)＝eq\f(2.922,2×0.4383)m/s2＝9.74m/s2.答案(1)甲圖，理由見(jiàn)解析(2)2.929.747．用如圖所示的試驗(yàn)裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”．試驗(yàn)所用的電源為同學(xué)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(kāi)頭落下，重錘上拖著的紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)的痕跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．(1)利用這個(gè)裝置也可以測(cè)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(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離為s0，點(diǎn)A、C間的距離為s1，點(diǎn)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(jì)算重錘下落的加速度a的表達(dá)式為：a＝________.(2)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中發(fā)覺(jué)，重錘減小的重力勢(shì)能總是大于重錘增加的動(dòng)能，其緣由主要是由于在重錘下落過(guò)程中存在著阻力的作用，可以通過(guò)該試驗(yàn)裝置測(cè)定該阻力的大?。粢阎?dāng)?shù)刂亓铀俣裙J(rèn)的較精確?????的值為g，還需要測(cè)量的物理量是________．試用這些物理量和紙帶上的測(cè)量數(shù)據(jù)表示出重錘下落的過(guò)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(yùn)動(dòng)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(cè)量的物理量為重錘的質(zhì)量m.答案(1)eq\f(s2－s1,4)f2(2)重錘的質(zhì)量mm8．為了測(cè)定一根輕彈簧壓縮最短時(shí)能儲(chǔ)存的彈性勢(shì)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，如圖所示，用鋼球?qū)椈蓧嚎s至最短，最終突然釋放，鋼球?qū)⒀剀壍里w出桌面，試驗(yàn)時(shí)(1)需要測(cè)定的物理量為_(kāi)_______________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)計(jì)算彈簧最短時(shí)彈性勢(shì)能的關(guān)系式是Ep＝________.解析(1)需要測(cè)定的物理量有：鋼球質(zhì)量m、桌面高度h、鋼球落點(diǎn)與飛出點(diǎn)的水平距離s.(2)彈簧最短時(shí)的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為鋼球平拋時(shí)的初動(dòng)能，Ep＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，而依據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)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).答案(1)鋼球質(zhì)量m、桌面高度h、鋼球落點(diǎn)與飛出點(diǎn)的水平距離s(2)eq\f(mgs2,4h)9．如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過(guò)定滑輪的軟繩兩端，已知m1>m2.現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．(1)若選定物塊A從靜止開(kāi)頭下落的過(guò)程進(jìn)行測(cè)量，則需要測(cè)量的物理量有____________．(填入選項(xiàng)前的編號(hào))①物塊的質(zhì)量m1、m2；②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間；③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間；④繩子的長(zhǎng)度．(2)為提高試驗(yàn)結(jié)果的精確?????程度，某小組同學(xué)對(duì)此試驗(yàn)提出以下建議：①繩的質(zhì)量要輕；②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長(zhǎng)越好；③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，不要搖擺；④兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小．以上建議中確定對(duì)提高精確?????程度有作用的是____________．(填入選項(xiàng)前的編號(hào))(3)寫(xiě)出一條上面沒(méi)有提到的對(duì)提高試驗(yàn)結(jié)果精確?????程度有益的建議：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.答案(1)①②或①③(2)①③(3)例如：“對(duì)同一高度進(jìn)行多次測(cè)量取平均值”；“選取受力后相對(duì)伸長(zhǎng)盡量小的繩”等．10．某試驗(yàn)小組利用如圖所示的試驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．(1)試驗(yàn)前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何推斷導(dǎo)軌是否水平？(2)測(cè)得遮光條的寬度d＝0.50cm；試驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間Δt＝2.0×10－2s，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度為_(kāi)_______m/s.在本次試驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、________和________(文字說(shuō)明并用相應(yīng)的字母表示)．(3)本試驗(yàn)通過(guò)比較________和________在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等(用測(cè)量的物理量符號(hào)表示)，從而驗(yàn)證了系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．解析(1)氣源工作后，滑塊不掛鉤碼，靜止放在氣墊導(dǎo)軌上，假如能處于靜止?fàn)顟B(tài)說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌水平．(2)滑塊通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度v＝eq\f(d,Δt)＝eq\f(0.50×10－2,2.0×10－2)m/s＝0.25m/s，本次試驗(yàn)中還需測(cè)量的物理量有鉤碼的質(zhì)量m，滑塊的質(zhì)量M，滑塊到光電門(mén)