2016-2017学年高中物理 第7章 机械能守恒定律新人教版必修2_9

1 第 9 节 实验：验证机械能守恒定律 基础夯实 1在“验证机械能守恒定律”实验中，纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示，其 中最合适的是 ( )导 学 号 00820530 答案：D 2(海岳中学 20142015 学年高一下学期期末)在“验证机械能守恒定律”的实验中， 下面列出一些实验步骤： 导 学 号 00820531 A用天平称出重物和夹子的重量 B把重物系在夹子上 C将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉， 让夹子靠近打点计时器静止 D把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至 6V(电源不接通) E把打点计时器固定在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上 F在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据 G用秒表测出重物下落时间 H接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带 I切断电源 J更换纸带，重新进行两次 K在三条纸带中选出较好的一条 L进行计算，得出结论，完成报告 M拆下导线，整理器材 以上步骤中，不必要的有_，正确步骤的合理顺序是_(填写字母)。 答案：A、G；EDBCHIJMKFL 解析：只为了验证机械能守恒，没必要称量重物的质量。打点计时器本身就是计时仪 器，不再需要秒表。 3(闽侯二中、闽清高中、永泰二中、连侨中学、长乐二中 20152016 学年高一下学 期联考)用打点计时器“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示。 导 学 号 00820532 2 (1)按照图示的装置安装器件时，应将打点计时器接到电源的_(填“直流”或 “交流”)输出端上。 (2)开始打点计时的时候，两个操作步骤“接通电源”和“松开纸带”的顺序应该是： 先_。 (3)某同学在使用质量为 m 的重物来验证“机械能守恒定律”的实验中，在选定的纸带 上依次取计数点如图所示。纸带上所打的点记录了重物在不同时刻的位置，那么纸带的 _端(填“左”或“右”)与重物相连。 (4)某同学上交的实验报告显示重锤的动能略大于重锤的势能，则出现这一问题的原因 可能是( ) A重锤的质量测量错误 B该同学自编了实验数据 C交流电源的频率不等于 50Hz D重锤下落时受到的阻力过大 答案：(1)交流 (2)接通电源 (3)左 (4)B 解析：(1)打点计时器需接交流电源， (2)开始打点时应先接通电源再松开纸带， (3)由纸带可看出左端与重物相连， (4)由于存在摩擦阻力重锤的势能应略大于动能，不可能存在动能大于势能的情况。 4利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示： 导 学 号 00820533 (1)实验步骤： 将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于 1m，将导轨调至水平； 用游标卡尺测量挡光条的宽度为 l9.30mm。 由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离 s_cm。 3 将滑块移至光电门 1 左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡 光条已能过光电门 2； 从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门 1 和光电门 2 所用的时间 t1和 t2； 用天平称出滑块和挡光条的总质量 M，再称出托盘和砝码的总质量 m。 (2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式； 滑块通过光电门 1 和光电门 2 的瞬时速度分别为 v1_和 v2_。 当滑块通过光电门 1 和光电门 2 时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动 能分别为 Ek1_和 Ek2_。 在滑块从光电门 1 运动到光电门 2 的过程中，系统势能的减少量 Ep_(重力加速度为 g)。 (3)如果 Ep_，则可认为验证了机械能守恒定律。 答案：(1)6000(答案在 59966004 之间的也可) (2) (M m)( )2 l t1 l t2 12 l t1 (M m)( )2 mgs 12 l t2 (3)Ek2 Ek1 解析：(1)距离 s8030cm2030cm6000cm。 (2)由于挡光条宽度很小，因此可以将挡光条通过光电门时的平均速度当成瞬时速度， 挡光条的宽度 l 可用游标卡尺测量，挡光时间 t 可从数字计时器读出。因此，滑块通过 光电门 1 和光电门 2 的瞬时速度分别为 v1 ， v2 。 l t1 l t2 当滑块通过光电门 1 和光电门 2 时，系统的总动能分别为 Ek1 (M m)v (M m) 12 21 12 ( )2； l t1 Ek2 (M m)v (M m)( )2。 12 2 12 l t2 在滑块从光电门 1 运动到光电门 2 的过程中，系统势能的减少量 Ep mgs。 (3)如果在误差允许的范围内 Ep Ek2 Ek1，则可认为验证了机械能守恒定律。 能力提升 1我国舰载飞机在“辽宁舰”上成功着舰后，某课外活动小组对舰载飞机利用阻拦索 着舰的力学问题很感兴趣。他们找来了木板、钢球、铁钉、橡皮条以及墨水，制作了如图 所示的装置，准备定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系。要达 到实验目的，需直接测量的物理量是钢球由静止释放时的_和在橡皮条阻拦下前进 4 的距离，还必须增加的一种实验器材是_。忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力，重 力加速度已知，根据_定律(定理)，可得到钢球被阻拦前的速率。 导 学 号 00820534 答案：高度(距水平木板的高度) 刻度尺 机械能守恒(动能) 解析：本题用实验情景考查机械能守恒定律。 设钢球释放点距水平木板的高度为 h，由机械能守恒定律(或动能定理)得 mgh mv2 12 v 2gh 要求钢球被阻拦前的速度 v，只要知道 h，因此需再加的实验器材是刻度尺，用以测量 h。 2(江苏启东中学 20132014 学年高一下学期期末)某同学利用竖直上抛 小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔 005s 闪光一次，图中所标 数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度 取 98m/s 2，小球质量 m02kg，计算结果保留三位有效数字)： 导 学 号 00820535 时刻 t2 t3 t4 t5 速度(ms 1 ) 499 448 398 (1)由频闪照片上的数据计算 t5时刻小球的速度 v5_m/s； (2)从 t2到 t5时间内，重力势能增量 Ep_J，动能减少量 Ek_J； (3)在误差允许的范围内，若 Ep与 Ek近似相等，从而验证了机械能守恒定律。由 上述计算得 Ep_ Ek(选填“” “”或“”)，造成这种结果的主要原 因是_。 答案：(1)348 (2)124 128 (3) 存在空气阻力 解析：(1) t5时刻小球的速度 v5 102 m/s348m/s； 16.14 18.6620.05 (2)从 t2到 t5时间内，重力势能增量 Ep mgh250298(236821161866)10 2 J124J，动能减少量 Ek mv mv 128J； 12 2 12 25 (3) Ep Ek，造成这种结果的主要原因是上升过程中存在空气阻力。 3(辽宁省实验中学、东北育才中学、大连二十高 20132014 学年高一下学期期末联 5 考)“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行。 导 学 号 00820536 (1)比较这两种方案，_(选填“甲”或“乙”)方案好些。 (2)下图是某种方案得到的一条纸带，测得每两个计数点间距离如图所示，已知每两个 计数点之间的时间间隔 T01s，物体运动的加速度 a_m/s 2；该纸带是采用 _(选项“甲”或“乙”)实验方案得到的。 (3)下图是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中 N 点速度时，几位同学分别用下 列不同的方法进行，其中正确的是( ) A vN gnT B vN xn xn 12T C vN D vN g(n1) T dn 1 dn 12T 答案： (1)甲 (2)483m/s 2 乙 (3)BC 解析：(1)比较甲、乙两种方案，乙方案中产生的阻力对实验的影响大于甲方案，因此 应选的方案是甲。 (2)由题意得： a 483m/s，所以该纸带是采用乙实验方 x3 x4 x1 x2 2T 2 案得到的。 (3)计算 N 点速度应通过实验得到的纸带，经测量计算得出，所以应选 B、C。 4用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中： 导 学 号 00820537 (1)运用公式 mgh 对实验条件的要求是_，为此，所选择的纸带 mv22 第 1、2 两点间的距离应接近_。 (2)若实验中所用重物的质量 m1kg。打点纸带如图所示，打点时间间隔为 002s， 则记录 B 点时，重物速度 vB_m/s，重物动能 Ek_J，从开始下 6 落起至 B 点时的重物的重力势能减少量是_J，由此可得出的结论是_。( g 取 98m/s 2)(本小题数据保留三位有效数字) (3)根据纸带算出相关各点的速度 v，量出下落距离 h，则以 为纵轴，以 h 为横轴画 v22 出的图象应是下图中的_。 答案：(1)打第一个点时重物的初速度为零 2mm (2)0590m/s 0174J 0175J 机械能守恒 (3)C 解析：(1)对实验条件的要求是打第一个点时重物的初速度为零。 物体自由下落时，在 002s 内的位移应为 h gT2 98(002) 2m2mm 12 12 (2)vB m/s0590m/s