2018_2019学年高中物理第4章能量守恒与可持续发展4.4实验验证机械能守恒定律练习（含解析）.docx

实验:验证机械能守恒定律1.(多选)在用自由落体运动“验证机械能守恒定律”的实验中,下列物理量中要通过工具测量和计算得到的有()A.重锤的质量B.重力加速度C.重锤下落的高度D.与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度解析:本题是对实验原理的考查。通过实验原理可知,重锤下落高度要用毫米刻度尺直接测量,求出下落这一高度时对应的瞬时速度,故需用工具测量的是C,通过计算得到的是D。答案:CD2.(多选)在验证机械能守恒定律的实验中,在下列实验步骤中错误的是()A.把打点计时器固定在铁架台上,并用导线将打点计时器接在低压交流电源上B.将连有重物的纸带穿过限位孔,用手提着纸带,让手尽量靠近打点计时器C.松开纸带,接通电源D.更换纸带,重复几次,选点迹清晰的纸带进行测量解析:选项B中应让重物尽量靠近打点计时器,而不是让手靠近打点计时器;选项C应先接通电源,后释放纸带。答案:BC3.为了“验证机械能守恒定律”,我们提供了如图所示的实验装置。某同学进行了如下操作并测出数据:用天平测定小球的质量为0.50kg;用游标卡尺测出小球的直径为10.0mm;用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.80cm;电磁铁先通电,让小球吸在开始端;电磁铁断电时,小球自由下落。(1)在小球经过光电门时间内,计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×10-3s,由此可算得小球经过光电门的速度为m/s。 (2)计算得出重力势能的变化量为J,小球动能变化量为J。(结果保留三位数字) (3)试根据(2)对本实验下结论:。 解析:(1)小钢球经过光电门所用时间很短,可看作做匀速直线运动,所以v=dt=4m/s。(2)小球的重力势能的变化量Ep=mgh=4.04J,小球动能变化量Ek=12mv2-0=4.00J。(3)可见在误差允许范围内,小球的机械能是守恒的。答案:(1)4(2)4.044.00(3)在误差允许范围内,小球的机械能是守恒的4.如图所示,两个质量各为m1和m2的小物块A和B,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m1>m2,现要利用此装置验证机械能守恒定律。(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量,则需要测量的物理量有。 物块的质量m1、m2;物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间;物块B下落的距离及下落这段距离所用的时间;绳子的长度。(2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出以下建议:绳的质量要轻;在“轻质绳”的前提下,绳子越长越好;尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要摇晃;两个物块的质量之差要尽可能小。以上建议中确实对提高准确程度有作用的是。 (3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议:。 解析:(1)通过软绳连接在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律,即验证系统的势能变化与动能变化是否相等,A、B连接在一起,A下降的距离一定等于B上升的距离;A、B的速度大小总是相等的,故不需要测量绳子的长度和B上升的距离及时间。(2)如果绳子质量不能忽略,则A、B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能,从而为验证机械能守恒定律带来误差;若物块摇摆,则两物体的速度有差别,为计算系统的动能带来误差;绳子长度和两个物块质量差应适当。(3)多次取平均值可减少测量误差;或绳子伸长量尽量小,可减少测量的高度的准确度。答案:(1)或(2)(3)例如:“对同一高度进行多次测量取平均值”,或“选取受力后相对伸长尽量小的绳子”等等。5.在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,查得当地重力加速度g为9.80m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图所示),把第一个点记作O,另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点。经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm。根据以上数据,可知重物由O点运动到C点,重力势能的减少量等于J,动能的增加量等于 J。(取三位有效数字) 解析:重物由O点运动到C点的过程中,高度降低了hC,由题目条件知hC=77.76×10-2m,重物重力势能减少量为Ep=mghC=1×9.80×77.76×10-2 J=7.62 J。重物在O点的速度为零,其初始动能也等于零,打C点时重物的速度为vC=m/s=3.8875m/s重物此时的动能为EkC=12mvC2=12×1×3.887 52 J=7.56J。答案:7.627.566.某同学研究小球摆动过程中机械能守恒,他用的DIS装置如图(a)所示,在实验中,选择以图像方式显示实验的结果,所显示的DIS图像如图(b)所示。图像的横轴表示小球距D点的高度h,纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E。(a)(b)(1)在图(b)中,表示小球的动能Ek随小球距D点的高度h变化关系的图线是。  (2)根据图(b)所示的实验图像,可以得出的结论是 。 解析:(1)小球在摆动过程中只有重力对小球做功,小球的机械能守恒,取D点所在位置为零重力势能位置,设D点小球的速度大小为vD,则有mgh+12mv2=12mvD2,其中h表示小球所在位置距D点的高度,12mv2表示小球的动能Ek,即Ek=12mvD2-mgh。因此小球的动能Ek随高度h的变化图线应是丙图。(2)根据图(b)所示的实验图像可知,小球的动能与重力势能之和等于常数,即只有重力做功时,物体的机械能守恒。答案:(1)丙(2)只有重力做功时,物体的机械能守恒7.如图所示装置可用来验证机械能守恒定律。摆锤A拴在长L的轻绳一端,另一端固定在O点,在A上放一个小铁片,现将摆锤拉起,使绳偏离竖直方向成角时由静止开始释放摆锤,当其到达最低位置时,受到竖直挡板P阻挡而停止运动,之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动。(1)为了验证摆锤在运动中机械能守恒,必须求出摆锤在最低点的速度。为了求出这一速度,实验中还应该测量的物理量是。  (2)根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v=。 (3)根据已知的和测得的物理量,写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式。 解析:(1)要想求出摆锤在最低点的速度,需求出铁片做平抛运动水平方向的分速度v0,因为二者是相等的,所以实验中还应该测量的物理量有摆锤A最低点离地面的竖直高度h和铁片平抛的水平位移x。(2)根据物体做平抛运动的位移规律x=v0t和h=12gt2,解得v0=xg2h。(3)摆锤A从最高点摆到最低点的过程中只有重力做功,重力势能的减小量为mgL(1-cos),动能的增加量为12mv02=12m(xg2h)2,我们需要验证的是mgL(1-cos)=12m(x)2,化简后得L(1-cos)=x22h。答案:(1)摆锤A最低点离地面的高度h和铁片平抛的水平位移x(2)xg2h(3)L(1-cos)=x22h