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課時作業(yè) 二十三　實驗五： 驗證機械能守恒定律 (限時：45分鐘) (班級________　姓名________) 1．在做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，發(fā)現(xiàn)重物減少的重力勢能總是略大于重物增加的動能，造成這種現(xiàn)象的原因是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．選用的重物質(zhì)量過大 B．選用的重物質(zhì)量過小 C．空氣對重物的阻力和打點計時器對紙帶的阻力 D．實驗時操作不規(guī)范，實驗數(shù)據(jù)測量不準確 2．為驗證在自由落體過程中物體的機械能是守恒的，某同學利用實驗系統(tǒng)設(shè)計了一個實驗，實驗裝置如圖所示，圖中A、B兩點分別固定了兩個速度傳感器，速度傳感器可以測出運動物體的瞬時速度．在實驗中測得一物體自由下落經(jīng)過A點時的速度是v1，經(jīng)過B點時的速度是v2，為了證明物體經(jīng)過A、B兩點時的機械能相等，這位同學又設(shè)計了以下幾個步驟，你認為其中不必要或者錯誤的是(　　) 第2題圖 A．用天平測出物體的質(zhì)量 B．測出A、B兩點間的豎直距離 C．利用mv－mv算出物體從A點運動到B點的過程中動能的變化量 D．驗證vv與2gh是否相等 3．與打點計時器一樣，光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間．現(xiàn)利用圖所示裝置驗證機械能守恒定律．圖乙中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30，1和2是固定在斜面上適當位置的兩個光電門，與它們連接的光電計時器都沒有畫出．讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的光電計時器顯示的擋光時間分別為5.0010－2s、2.0010－2s.已知滑塊質(zhì)量為2.00 kg，滑塊沿斜面方向的寬度為5.00 cm，光電門1和2之間的距離為0.540 m，g＝9.80 m/s2，取滑塊經(jīng)過光電門時的速度為其平均速度．(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 　　　甲　　　　　　　　　　　　乙 第3題圖 (1)滑塊通過光電門1時的速度v1＝______m/s，通過光電門2時的速度v2＝______m/s； (2)滑塊通過光電門1、2之間的動能增加量為______J，重力勢能的減少量為______J. 4．某次“驗證機械能守恒定律”的實驗中，用6 V、50 Hz的打點計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖所示，O點為重錘下落的起點，選取的計數(shù)點為A、B、C、D，各計數(shù)點到O點的長度已在圖上標出，單位為毫米，重力加速度取9.8 m/s2，若重錘質(zhì)量為1 kg. (1)打點計時器打出B點時，重錘下落的速度vB＝____m/s，重錘的動能EkB＝______J. 第4題圖 (2)從開始下落算起，打點計時器打B點時，重錘的重力勢能減小量為______J. (3)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點的過程中，得到的結(jié)論是____________________________________________． 5．某同學用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．實驗所用的電源為學生電源，可以提供輸出電壓為6 V的交流電和直流電，交流電的頻率為50 Hz.重錘從高處由靜止開始下落，重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對紙帶上的點測量并分析，即可驗證機械能守恒定律． 甲 乙 (1)他進行了下面幾個操作步驟： A．按照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”上 C．用天平測出重錘的質(zhì)量 D．先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶 E．測量紙帶上某些點間的距離 F．根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于其增加的動能 其中沒有必要進行的步驟是______，操作不當?shù)牟襟E是______．(填選項字母) (2)這位同學進行正確測量后挑選出一條點跡清晰的紙帶進行測量分析，如圖乙所示，其中O點為起始點，A、B、C、D、E、F為六個計數(shù)點．根據(jù)紙帶上的測量數(shù)據(jù)，可得出打B點時重錘的速度為______m/s.(保留3位有效數(shù)字) (3)他根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)算出各點的速度v，量出下落距離h，并以為縱軸、以h為橫軸，作畫出的h圖象，應是圖丙中的______． 　　　　　　丙　　　　　　　　　　　　　　丁 第5題圖 (4)他進一步分析，發(fā)現(xiàn)本實驗存在較大誤差，為此對實驗設(shè)計進行了改進，用如圖丁所示的實驗裝置來驗證機械能守恒定律：通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中經(jīng)過光電門B時，通過與之相連的毫秒計時器(圖中未畫出)記錄擋光時間t，用毫米刻度尺測出A、B之間的距離h，用游標卡尺測得小鐵球的直徑d.重力加速度為g.實驗前應調(diào)整光電門位置使小鐵球下落過程中球心通過光電門中的激光束．則小鐵球通過光電門時的瞬時速度v＝________．如果d、t、h、g滿足關(guān)系式________，就可驗證機械能守恒定律． (5)比較兩個方案，改進后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點是：________________________________________________________________________. 6．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． 第6題圖 (1)實驗步驟： ①將氣墊導軌放在水平面上，桌面高度不低于1 m，將導軌調(diào)至水平； ②用游標卡尺測量擋光條的寬度為l＝9.30 mm； 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通過光電門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時瞬時速度分別為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減＝______(重力加速度為g)． (3)如果ΔEp減＝______，則可認為驗證了機械能守恒定律． 7．某實驗小組采用如圖甲所示的裝置來探究“功與速度變化的關(guān)系”，實驗中，小車經(jīng)過光電門時，鉤碼尚未到達地面． (1)實驗步驟如下： 第一步：用螺旋測微器測得擋光片的寬度d如圖所示，則d＝______mm. 第7題圖 第二步：把擋光片固定在小車上，把小車放到軌道上，用細線一端與小車連接，另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤． 第三步：保持軌道水平，在砝碼盤里放適量砝碼，讓小車由靜止開始做勻加速運動，釋放后，記錄光電門的擋光時間t，測出光電門距離擋光片前端的距離x. 第四步：小車仍由同一點靜止釋放，僅移動光電門，改變x，多次實驗并記錄數(shù)據(jù)． 第五步：關(guān)閉電源，通過分析小車位移與速度變化的關(guān)系來研究合外力做功與速度變化的關(guān)系． (2)實驗中，該小組同學通過研究小車位移x與擋光時間t的關(guān)系從而得到合外力做功與速度變化的關(guān)系，為了使圖象呈現(xiàn)線性關(guān)系，該組同學應作____圖象．(填序號) A．xt B．x C．xt2 D．x 課時作業(yè)(二十三)　實驗 五：驗證機械能守恒定律1.C　【解析】　造成題中所述誤差的主要原因是來自于各方面的阻力，選項C正確． 2．AC　【解析】　物體重力勢能減少量為mgh，動能增加量為mv－mv，計算gh和v－v，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)gh＝v－v，則機械能守恒定律得到驗證． 3．(1)1.00　2.50　(2)5.25　5.29　【解析】　(1)根據(jù)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度知，v1＝＝ m/s＝1.00 m/s，v2＝＝ m/s＝2.50 m/s. (2)滑塊通過光電門1、2之間的動能增加量ΔEk＝m(v－v)＝2(2.52－1)＝5.25 J，重力勢能的減少量ΔEp＝mgLsin30＝29.80.54＝5.29 J. 4．(1)1.17　0.68　(2)0.69　(3)機械能守恒　【解析】　(1)重錘下落的速度 vB＝＝1.17 m/s 重錘在打出B點時的動能 Ek＝mv＝11.172 J＝0.68 J. (2)打點計時器打B點時，重錘的重力勢能減小量 ΔEp減＝mghOB＝19.870.510－3 J＝0.69 J. (3)由(1)、(2)計算結(jié)果可知，重錘下落過程中，在實驗允許的誤差范圍內(nèi)，動能的增加量等于其重力勢能的減少量，機械能守恒． 5．(1)C　B　(2)1.84　(3)C　(4)?。絞h　(5)消除了紙帶與打點計時器間的摩擦影響，提高了測量的精確度，從而減小了實驗誤差　【解析】　(1)B：將打點計時器接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤，操作不當．C：因為我們是比較mgh、mv2的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒有必要．故答案為CB.(2)勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出B點的速度大小為：vB＝＝ m/s＝1.84 m/s.(3)他繼續(xù)根據(jù)紙帶算出各點的速度v，量出下落距離h，并以為縱軸、以h為橫軸畫出的圖象，根據(jù)＝gh知，圖線為過原點的傾斜直線，故選C.(4)光電門測速度的原理是用平均速度代替瞬時速度，因此有：v＝，由于＝gh，所以＝gh.(5)該實驗產(chǎn)生誤差的主要原因是空氣阻力以及紙帶與限位孔之間的摩擦力影響，因此實驗進行改正之后的主要優(yōu)點是：沒有紙帶與打點計時器間的摩擦影響，實驗誤差減小了． 6．(1)60.00(59.96～60.04)　(2)①　 ② (M＋m) ()2　(M＋m)()2 ③mgs　(3)Ek2－Ek1 【解析】　由于擋光條寬度很小，因此將擋光條通過光電門時的平均速度當作瞬時速度，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，滑塊通過光電門的瞬時速度為，由于質(zhì)量已用天平測出，所以，滑塊的動能就是已知數(shù)了．測出動能的增加值，測出重力勢能的減少值，如果兩者在誤差允許范圍內(nèi)相等，就驗證了機械能守恒定律． 7．(1)5.695(5.694～5.697)　(2)D　【解析】　(1)由螺旋測微器讀出整毫米數(shù)為5.5 mm，由可動刻度讀出毫米的小部分為19.50.01＝0.195 mm.則擋光片的寬度為d＝5.5 mm＋ 0．195 mm＝5.695 mm；(2)設(shè)勻加速運動的加速度為a，根據(jù)動能定理得：max＝mv2；其中v2＝()2解得：x＝，由于只改變x，則加速度a不變，為了使圖象呈現(xiàn)線性關(guān)系，該組同學應作x圖象，故D正確，ABC錯誤．故選D.