课时作业(二十一) 实验、探究：验证机械能守恒定律

课时作业(二十一)实验、探究：验证机械能守恒定律1．关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是()A．实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越小，误差就越小B．称出重锤的质量，是不可缺少的步骤C．纸带上第1、2两点间距若不接近2mm，无论怎样处理实验数据，实验误差一定较大D．处理打完点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实验点迹，而不必采用“计数点”的方法2．在用落体法“验证机械能守恒”的实验中，某同学上交的实验报告中，显示重锤增加的动能略大于重锤减少的重力势能，则出现这一问题的可能原因是()A．重锤的质量测量错误B．用公式v t＝gt计算各点的速度C．交流电源的频率不等于50HzD．重锤下落时受到的阻力过大3．实验时，计时器电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s2，测得所用重锤的质量为1.00kg，甲、乙、丙三位同学分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为1.8mm、1.9mm、2.5mm，可以看出其中肯定有一个学生在操作上有错误，这位同学是________，操作错误是________，若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续3点A、B、C到第1点之间的距离分别是AO＝15.55cm，BO＝19.20cm，CO＝23.30cm，则计时器打下B点时，重锤重力势能的减少量为________J，重锤增加的动能是________J.4．用如图所示的装置验证小球做自由落体运动时机械能守恒，图中O为释放小球的位置，A、B、C、D为固定速度传感器的位置且与O在同一条竖直线上．第4题图(1)若当地重力加速度为g，还需要测量的物理量有____________．A．小球的质量mB．小球下落到每一个速度传感器时的速度vC．小球下落到每一个速度传感器时下落的高度hD．小球下落到每一个速度传感器时所用的时间t(2)作出v2­h图象，由图象算出其斜率k，当k＝____________可以认为小球下落过程中机械能守恒．(3)写出对减小本实验误差有益的一条建议：_______________________________________________________________________________ _________________________.5．某课外活动小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律．(1)某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径，读数如图甲所示，小球直径为____________cm.图乙所示弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A、B，计时装置测出小球通过A、B的时间分别为2.55ms、5.15ms，由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为v A、v B，其中v A＝____________m/s.甲乙第5题图(2)用刻度尺测出光电门A、B间的距离h，已知当地的重力加速度为g，只需比较____________是否相等，就可以验证机械能是否守恒(用题目中涉及的物理量符号表示)．(3)通过多次实验发现，小球通过光电门A的时间越短，(2)中要验证的两数值差越大．试分析实验中产生误差的主要原因是____________．6．学生实验“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图(a)所示，某组同学在一次实验中，选择DIS以图象方式显示实验的结果，所显示的图象如图(b)所示．图象的横轴表示小球距D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能E P、动能E k或机械能E.试回答下列问题：(1)在定量研究机械能守恒定律之前需要进行定性研究的实验，实验中用到图中的定位挡片，它的作用是________．(A)保证小球每次从同一高度释放．(B)保证小球每次摆到同一高度．(C)观察受到阻挡后小球能否摆到另外一侧接近释放时的同一高度．(D)观察受到阻挡前后小球在两侧用时是否相同．(2)图(a)所示的实验装置中，传感器K的名称是____________．(3)图(b)的图象中，表示小球的重力势能E P、动能E k、机械能E随小球距D点的高度h 变化关系的图线分别是______________________(按顺序填写相应图线所对应的文字)．(a)(b)第6题图7．如图所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：第7题图带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带，带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有____________．(填入正确选项前的字母)A ．米尺B ．秒表C ．0～12V 的直流电源D ．0～12V 的交流电源(2)下面列举了该实验的几个操作步骤：A ．按照图示的装置安装器材B ．将打点计时器接到电源的“直流输出”上C ．用天平测出重锤的质量D ．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带E ．测量纸带上某些点间的距离F ．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能其中操作不当的步骤是____________．(3)实验中误差产生的原因有________________________________________________________．(写出两个原因)8．在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m ＝1.00kg 的重物自由下落，带动纸带打出一系列的点，如图所示．相邻计数点间的时间间隔为0.02s ；(g ＝9.8m/s 2，计算结果小数点后保留2位有效数字)(1)从起点O 到打下计数点B 的过程中物体的动能增加量ΔE K ＝____________J ，势能减少量ΔE P ＝____________J ；(2)通过计算发现，数值上ΔE K ＜ΔE P ，这是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用．我们可以通过该实验装置测定该阻力的大小，方法如下：先通过纸带测得下落的加速度a ＝____________m/s 2.再根据牛顿第二定律计算出重锤在下落的过程中受到的平均阻力f ＝____________N.第8题图9．某研究性学习小组用如图(a)所示装置验证机械能守恒定律．让一个摆球由静止开始从A 位置摆到B 位置(O 点正下方)，若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，即12m v 2＝mgh .直接测量摆球到达B 点的速度v 比较困难．现让小球在B 点处脱离悬线做平抛运动，利用平抛运动的规律来间接地测出v.第9题图如图(a)中，悬点正下方P点处放有水平放置炽热的电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易瞬间被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动．在地面上放上白纸，上面覆盖着复写纸，当小球落在复写纸上时，会在下面白纸上留下痕迹．用重垂线确定出A、B点的投影点N、M.重复实验10次(小球每一次都从同一点由静止释放)，球的落点痕迹如图(b)所示，图中米尺水平放置，零刻度线与M点对齐．用米尺量出AN的高度h1、BM的高度h2，算出A、B两点的竖直距离，再量出M、C之间的距离x，即可验证机械能守恒定律．已知重力加速度为g，小球的质量为m.(1)根据图(b)可以确定小球平抛运动的水平距离为________cm.(2)用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0＝________.(3)用测出的物理量(即题中所给字母)表示出小球从A到B过程中，重力势能的减少量ΔE p＝________，动能的增加量ΔE k＝________.课时作业(二十一)实验、探究：验证机械能守恒定律1.D 【解析】由实验的具体操作步骤知，纸带过短就无法获得足够多的测量数据，故A 错．不需要测得重锤重力，就可以通过v 2/2＝gh 来验证机械能是否守恒．C 项说法没有道理，故C 错．2.BC 【解析】重锤的质量大小不会影响实验结果，故A 错．考虑阻力作用，重锤的实际加速度要偏低，故B 正确，频率不等于50Hz ，如果计算时采用50Hz ，可能出现此结果，故C 正确．重锤受到阻力过大，加速度会减小，动能应该略小于势能才对，故D 错．3.丙先放开纸带后接通电源 1.88 1.88【解析】由于2.5比1.8和1.9大的多，所以丙错，数值偏大，说明打点时已有初速度，故应为先放开了纸带后接通电源．通过B 点时重力势能减小量ΔE p 为：ΔE p ＝mgh ＝1×9.8×0.192＝1.88Jv B ＝OC －OA 2T ≈1.94m/s ，所以E k ＝12mv 2B ＝12×1×1.942≈1.88J.4.(1)BC (2)2g (3)相邻速度传感器间的距离适当大些，选用质量大，体积小的球做实验等．【解析】根据验证机械能守恒公式mgh 1＋12mv 21＝mgh 2＋12mv 22由公式可知；只需要测量小球下落到每一个传感器的速度V 及高度h 即可．由公式mgh ＝12mv 2，即v 2＝2g·h 可知．v 2－h 图象是一条直线，且斜率k 为2g.由于空气阻力的存在，所以相邻传感器间的距离适当大些，选用质量大，体积小的小球等都可以减小空气阻力的影响．5.(1)1.020 4.0(2)gh 与v 2A －v 2B 2(3)空气阻力，速度越大，阻力越大．【解析】游标卡尺为20分度，则一格为120厘米，由图可知，零刻度在“1”的右侧，且第四格的刻度线对齐，则1＋120×4＝1.02厘米，由于时间极短，可视为匀速通过．v A ＝d t A＝1.020cm 2.55ms ＝1.020×10－2m 2.55×103s＝4.0m/s ，根据机械能守恒定律公式：12mv 2A ＝12mv 2B ＋mgh ，即gh ＝12v 2A －12v 2B ，即可证明机械能守恒，小球上升过程中受到空气阻力的作用，速度越大，所受阻力越大．6.(1)C (2)光电门传感器(3)乙、丙和甲【解析】(1)用DIS 研究机械能守恒定律实验中，定位片的作用是用来观测受到阻挡后小球能否摆到另外一侧接折释放时的同一高度；(2)传感器k 为光电门传感器，用来测小球经过D 点时的速度；(3)小球机械能守恒，甲表示机械能E ；距离D 点越近，小球重力势能越低，动能越大，故乙表示小球重力势能，丙表示小球动能．7.(1)AD (2)B (3)见解析【解析】(1)验证机械能守恒实验，即重力势能减小量等于动能的增加量，要用米尺测出下落的位移，打点计时器要接在0～12V 的交变电源；(2)很明显，打点计时器要接在“交流输出”上，B 错；(3)误差产生的原因：纸带与计时器之间有摩擦，米尺上读数误差等．8.(1)1.55 1.56(2)9.500.30【解析】EK B ＝12mv 2B v B ＝S AC t AC ＝S OC －S OA t AC ＝19.64－12.60cm 0.04s＝1.76m/s 所以EK B ＝12×1.00×1.76J ＝1.55J E P ＝mgh ＝1.00×9.8×15.93×10－2J ＝15.6J由ΔS ＝at 2可知：a ＝（OC －OB ）－（OB －OA ）t 2＝19.64－15.93－15.93＋12.60cm （0.02s ）2＝9.50m/s 2mg －f ＝ma,可知f ＝0.30N.9.(1)64.7(64.0～65.5)(2)x·g 2h 2(3)mg(h 1－h 2)mgx 24h 2【解析】(1)用一个最小的圆圈起所有小球落点，圆的圆心即为小球落点的平均位置，然后读出圆心对应刻度的值即为小球平抛的水平距离，为64.7cm.(2)由h 2＝12gt 2和x ＝v 0t 可得v 0＝x·g 2h 2.(3)由A 到B 过程中，小球重力势能的减少量为ΔE p ＝mg(h 1－h 2)，动能的增加量ΔE k ＝12mv 20＝mgx 24h 2.。