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2019年高中物理 第7章 第9節(jié)實驗 驗證機械能守恒定律同步檢測 新人教版必修2 1．(溫州十校聯(lián)合體xx～xx學年高一下學期聯(lián)考)在“驗證機械能守恒定律”實驗中，紙帶將被釋放瞬間的四種情況如照片所示，其中最合適的是(　　) 答案：D 2．一同學用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。實驗所用的電源有交流電(頻率為50Hz)和直流電兩種輸出。實驗中，重錘從高處由靜止開始落下，重錘拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點進行測量，即可驗證機械能守恒定律。 該同學按如下步驟進行實驗： A．用天平測量出重錘的質(zhì)量； B．按圖示的裝置安裝器件； C．將打點計時器接到電源的直流輸出端上； D．接通電源后釋放懸掛紙帶的夾子，打出一條紙帶； E．換用另外紙帶，重復步驟D； F．選取合適的紙帶； G．測量所選紙帶上某些點之間的距離； H．根據(jù)測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能和它增加的動能，比較二者是否相等。 以上實驗步驟中有一項是沒有必要進行的，它的步驟編號是________；有一項步驟操作有誤，它的步驟編號是________。 答案：A；C 解析：驗證機械能守恒時，等式兩邊可以約去質(zhì)量，所以不需要測量重錘的質(zhì)量；打點計時器需接到低壓交流電源上，C步驟錯誤。 3．(濟南一中xx～xx學年高一下學期期中)在《驗證機械能守恒定律》實驗中，打出的紙帶如圖所示，其中A、B為打點計時器打下的第1、2個點，AB＝2mm，D、E、F為點跡清晰時連續(xù)打點的計時點，測得D、E、F到A的距離分別為S1、S2、S3(圖中未畫出)。設打點計時器的打點頻率為f，重物質(zhì)量為m，實驗地點重力加速度為g。一位學生想從紙帶上驗證打下A點到打下E點過程中，重物的機械能守恒。 (1)實驗中，如下哪些操作是必要的________。 A．用秒表測量時間 B．重物的質(zhì)量應盡可能大些 C．先開電源后放紙帶 D．先放紙帶后開電源 (2)重物重力勢能減少量ΔEP＝________，動能增量ΔEK＝________。 (3)比較ΔEP和ΔEK發(fā)現(xiàn)，重物重力勢能的減少量ΔEP大于動能的增加量ΔEK，造成這一誤差的原因________________________________________。 答案：(1)BC　(2)mgs2， (3)摩擦阻力和空氣阻力做負功，損失了機械能。 解析：(1)實驗中為減少誤差，重物的質(zhì)量要大些；要先開電源，再放紙帶。 (2)由于AB＝2mm，所以A為計時起點 ΔEP＝mgs2， vE＝＝ ΔEK＝mv＝ (3)由于存在阻力，所以ΔEP>ΔEK。 4．利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖所示： (1)實驗步驟： ①將氣墊導軌放在水平面上，桌面高度不低于1m，將導軌調(diào)至水平； ②用游標卡尺測量擋光條的寬度為l＝9.30mm。 ③由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離s＝__________________cm。 ④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已能過光電門2； ⑤從數(shù)字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間Δt1和Δt2； ⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m。 (2)用表示直接測量量的字母寫出下列所示物理量的表達式； ①滑塊通過光電門1和光電門2的瞬時速度分別為v1＝________和v2＝________。 ②當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1＝________和Ek2＝________。 ③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝________(重力加速度為g)。 (3)如果ΔEp＝________，則可認為驗證了機械能守恒定律。 答案：(1)③60.00(答案在59.96～60.04之間的也可) (2)①　?、?M＋m)()2 (M＋m)()2　③mgs (3)Ek2－Ek1 解析：(1)距離s＝80.30cm－20.30cm＝60.00cm。 (2)①由于擋光條寬度很小，因此可以將擋光條通過光電門時的平均速度當成瞬時速度，擋光條的寬度l可用游標卡尺測量，擋光時間Δt可從數(shù)字計時器讀出。因此，滑塊通過光電門1和光電門2的瞬時速度分別為v1＝，v2＝。 ②當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)的總動能分別為Ek1＝(M＋m)v＝(M＋m)()2； Ek2＝(M＋m)v＝(M＋m)()2。 ③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝mgs。 (3)如果在誤差允許的范圍內(nèi)ΔEp＝Ek2－Ek1，則可認為驗證了機械能守恒定律。 能力提升 1．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中： (1)供實驗選擇的重物有以下四個，應選擇：(　　) A．質(zhì)量為10g的砝碼 B．質(zhì)量為200g的木球 C．質(zhì)量為50g的塑料球 D．質(zhì)量為200g的鐵球 (2)下列敘述正確的是(　　) A．實驗中應用秒表測出重物下落的時間 B．可用自由落體運動的規(guī)律計算重物的瞬時速度 C．因為是通過比較和mgh是否相等來驗證機械能是否守恒，故不需要測量重物的質(zhì)量 D．釋放重物前應手提紙帶的上端，使紙帶豎直通過限位孔 (3)質(zhì)量m＝1kg的物體自由下落，得到如圖所示的紙帶，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.04s，那么從打點計時器打下起點O到打下B點的過程中， 物體重力勢能的減少量Ep＝________J，此過程中物體動能的增加量Ek＝________J。(g＝9.8m/s2，保留三位有效數(shù)字) 答案：(1)D　(2)CD　(3)2.28　2.26 解析：(1)為減小實驗誤差應選用鐵球。 (2)ΔEP＝mg＝2.28J vB＝＝2.125m/s ΔEk＝mv＝2.26J。 2．(江蘇啟東中學xx～xx學年高一下學期期末)某同學利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05s閃光一次，圖中所標數(shù)據(jù)為實際距離，該同學通過計算得到不同時刻的速度如下表(當?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2kg，計算結果保留三位有效數(shù)字)： 時刻 t2 t3 t4 t5 速度(m·s－1) 4.99 4.48 3.98 (1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5＝________m/s； (2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增量ΔEp＝________J，動能減少量ΔEk＝________J； (3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗證了機械能守恒定律。由上述計算得ΔEp________ΔEk(選填“>”“<”或“＝”)，造成這種結果的主要原因是____________ ____________________________________________________________。 答案：(1)3.48　(2)1.24　1.28　(3) <　存在空氣阻力 解析：(1)t5時刻小球的速度v5＝×10－2m/s＝3.48m/s；(2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增量ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2J＝1.24J，動能減少量ΔEk＝mv－mv＝1.28J；(3)ΔEp<ΔEk，造成這種結果的主要原因是上升過程中存在空氣阻力。 3．如圖(a)中，懸點正下方P點處放有水平放置熾熱的電熱絲，當懸線擺至電熱絲處時能輕易被燒斷，小球由于慣性向前飛出做平拋運動。在地面上放上白紙，上面覆蓋著復寫紙，當小球落在復寫紙上時，會在下面白紙上留下痕跡。用重垂線確定出A、B點的投影點N、M。重復實驗10次(小球每一次都從同一點由靜止釋放)球的落點痕跡如圖(b)所示，圖中米尺水平放置，零刻度線與M點對齊。用米尺量出AN的高度h1、BM的高度h2，算出A、B兩點的豎直距離，再量出M、C之間的距離x，即可驗證機械能守恒定律，已知重力加速度為g，小球的質(zhì)量為m。 (1)根據(jù)圖(b)可以確定小球平拋時的水平射程為________cm。 (2)用題中所給字母表示出小球平拋時的初速度v0＝________。 (3)用測出的物理量表示出小球從A 到B過程中，重力勢能的減少量ΔEp＝________，動能的增加量ΔEk＝________。 答案：(1)65.0　(2)x　(3)mg(h1－h(huán)2)　 4．某同學利用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。該同學經(jīng)正確操作得到打點紙帶，在紙帶后段每兩個計時間隔取一個計數(shù)點，依次為1、2、3、4、5、6、7，測量各計數(shù)點到第一個打點的距離h，并正確求出打相應點時的速度v。各計數(shù)點對應的數(shù)據(jù)見下表： 計數(shù)點 1 2 3 4 5 6 7 h(m) 0.124 0.194 0.279 0.380 0.497 0.630 0.777 v(m/s) 1.94 2.33 2.73 3.13 3.50 v2(m2/s2) 3.76 5.43 7.45 9.80 12.25 (1)請在圖乙坐標中，描點作出v2－h(huán)圖線； (2)由圖線可知，重錘下落的加速度g′＝________m/s2(保留三位有效數(shù)字)； (3)若當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2，根據(jù)作出的圖線，能粗略驗證自由下落的重錘機械能守恒的依據(jù)是________。 答案：(1)作出v2－h(huán)圖線如圖 (2)9.75(答9.69～9.79均給分) (3)圖線為通過坐標原點的一條直線，斜率g′的一半與g基本相等(不交代“通過坐標原點”也給分)