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第五節(jié)　驗證機械能守恒定律 一、單項選擇題 1．在做驗證機械能守恒定律實驗時，發(fā)現(xiàn)重錘減小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．選用重錘的質(zhì)量過大 B．選用重錘的質(zhì)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．實驗時操作不仔細，實驗數(shù)據(jù)測量不準確 【答案】C 【解析】由于重錘減少的勢能總是大于重錘增加的動能，說明重錘在運動過程中克服阻力做功，機械能減少． 2．用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，某同學根據(jù)紙帶算出相關(guān)各點的速度v，測量出下落距離h，則以為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象應(yīng)是圖中的(　　) 　 【答案】C 【解析】由mgh＝mv2得＝gh，與h成正比關(guān)系，故C正確． 3．在利用自由落體驗證機械能守恒的實驗中，對于自由下落的重物，下述選擇的條件中哪條更為有利(　　) A．只要足夠重就可以 B．只要體積足夠小就可以 C．既要足夠重，又要體積足夠大 D．應(yīng)該質(zhì)量和密度都大些，還應(yīng)便于夾緊紙帶，使紙帶隨同重物運動時不致扭曲 【答案】D 【解析】選重物時，應(yīng)盡量選取質(zhì)量大、體積小的物體，增大質(zhì)量可使阻力的影響相對減小，減小體積可以減小空氣的阻力，故D對，A、B、C錯． 二、雙項選擇題 4．在驗證機械能守恒定律的實驗中，需要測量的是重錘的(　　) A．質(zhì)量　　　B．下落高度 C．下落時間 D．瞬時速度 【答案】BD 【解析】在本實驗中，由于在動能的增加和勢能的減少中，都有重錘的質(zhì)量m，兩邊正好能夠約去，所以沒有必要測量重錘的質(zhì)量，A錯誤．重錘下落的時間，可以從紙帶上直接根據(jù)打的點來確定，C錯誤．重錘下落的高度和下落的速度是必須測量出來的，高度可以直接測量，而速度是先測量再進行計算，B、D正確． 5．如圖4－5－10所示是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶，我們選中N點來驗證機械能守恒定律．下面舉出一些計算N點速度的方法，其中正確的是(　　) 圖4－5－10 A．N點是第n個點，則vn＝gnT B．N點是第n個點，則vn＝g(n－1)T C．vn＝ D．vn＝ 【答案】CD 【解析】用v＝gt是理想情況下用邏輯推理的結(jié)論，而不是用驗證方法求得的結(jié)果．故A、B錯，C、D正確． 6．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，有關(guān)重錘的質(zhì)量，下列說法中正確的是(　　) A．應(yīng)選用質(zhì)量較大的重錘，使重錘和紙帶所受的重力遠大于它們所受的阻力 B．應(yīng)選用質(zhì)量較小的重錘，使重錘的慣性小一些，下落時更接近于自由落體運動 C．不需要稱量重錘的質(zhì)量 D．必須稱量重錘的質(zhì)量，而且要估讀到0.01 g 【答案】AC 【解析】在“驗證機械能守恒定律”實驗中，我們只需比較gh與v2的值即可驗證機械能守恒定律是否成立，與重錘質(zhì)量無關(guān)，因此C正確．若將重錘的質(zhì)量選得大些，則在重錘下落過程中，空氣阻力可忽略不計，有利于減小相對誤差．所以A正確． 7．關(guān)于“驗證機械能守恒定律”的實驗，下列說法中正確的是(　　) A．在實驗中必須要用天平測出重物的質(zhì)量、瞬時速度和下落的高度，才能驗證機械能守恒定律 B．在實驗中因為不需要求出動能和重力勢能的具體數(shù)值，故不需要用天平測出重物的質(zhì)量 C．選取紙帶時，應(yīng)盡量挑選第一、二兩點間距離接近2 mm 的紙帶，如果沒有這樣的紙帶，實驗達不到目的 D．如果沒有第一、二兩點間距離接近2 mm的紙帶，本實驗仍然可達到目的 【答案】BD 【解析】因為“驗證機械能守恒定律”只要證明mv2＝mgh，即v2＝gh即可，不必要用天平測出物體的質(zhì)量，故A錯．B對．物體在自由下落時不一定從剛打完一個點開始下落，即O點是開始下落的點，第一個離O點的時間間隔可以小于0.02秒，故第一、二點間的距離不一定接近2 mm，可能小于2 mm，故C錯，D對. 三、非選擇題 8．某同學為驗證機械能守恒定律編排了如下實驗步驟： A．用天平稱出重錘的質(zhì)量 B．把紙帶固定到重錘上，并把紙帶穿過打點計時器，提升到一定高度 C．拆掉導(dǎo)線，整理儀器 D．電源，調(diào)整紙帶，重做兩次 E．用秒表測出重錘下落的時間 F．用毫米刻度尺測出計數(shù)點與起點的距離，記錄數(shù)據(jù)，并計算出結(jié)果，得出結(jié)論 G．把打點計時器接到低壓交流電源上 H．接通電源，釋放紙帶 I．把打點計時器接到低壓直流電源上 J．把打點計時器固定到桌邊的鐵架臺上 上述實驗步驟中錯誤的是________，可有可無的是________，其余正確且必要的步驟按實驗操作順序排列的是__________．(均只需填步驟的代號) 【答案】E、I　A　JGBHDCF 【解析】對于物理實驗，掌握實驗原理和操作方法是最基本的要求．只有掌握了實驗原理，才能判斷出實驗步驟中哪些是錯誤的，哪些是必要的；只有親自動手進行認真的操作，才能正確地對實驗步驟按序排列． 上述實驗步驟中錯誤的是E和I，因為實驗中不需要測定時間，打點計時器應(yīng)使用低壓交流電源．可有可無的實驗步驟是A.其余正確且必要的步驟按實驗操作順序排列是：JGBHDCF. 9．在一次實驗中，質(zhì)量m＝1 kg的重物自由下落，在紙帶上打出一系列的點，如圖4－5－11所示(相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.02 s)，長度單位是cm，那么， 圖4－5－11 (1)紙帶的________端與重物相連． (2)打點計時器打下計數(shù)點B時，物體的速度vB＝____ m/s. (3)從起點O到打下計數(shù)點B的過程中重力勢能減少量ΔEp＝________ J，此過程中物體動能的增加量ΔEk＝________ J．(g取9.8 m/s2) (4)通過計算，數(shù)值上ΔEp________ΔEk(填“>”“＝”或“<”)，這是因為_______________________________________________________． (5)實驗的結(jié)論是___________________________________________． 【答案】(1)左　(2)0.98　(3)0.49　0.48　(4)>　實驗中有摩擦力做功　(5)在誤差允許范圍內(nèi)機械能守恒 【解析】(2)vB＝＝ m/s＝0.98 m/s. (3)ΔEp＝mghOB＝19.8510－2 J＝0.49 J. ΔEk＝mv＝10.982 J＝0.48 J. 圖4－5－12 10．利用圖4－5－12所示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h.某班同學利用實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案： a．用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時間t，通過v＝gt計算出瞬時速度v. b．用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v＝計算出瞬時速度v. c．根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h＝計算出高度h. d．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v. 以上方案中只有一種正確，正確的是______．(填入相應(yīng)的字母) 【答案】d 【解析】本題目的是驗證機械能守恒，必須是通過測量數(shù)據(jù)對動能和勢能(mv2與mgh)關(guān)系進行驗證，即要測量v和h.而a、b、c三項中用的計算速度v的公式是根據(jù)自由落體運動規(guī)律得來的，而自由落體本身就是遵守機械能守恒的，達不到驗證的目的．