教科版必修2 4.5实验二　验证机械能守恒定律 课时作业.doc

实验二验证机械能守恒定律1.(多选)为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的,某同学利用实验系统设计了一个实验,实验装置如图所示,图中a,b两点分别固定了两个速度传感器,速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度.在实验中测得一物体自由下落经过a点时的速度是v1,经过b点时的速度是v2,为了证明物体经过a,b两点时的机械能相等,这位同学又设计了以下几个步骤,你认为其中不必要或者错误的是(ac)a.用天平测出物体的质量b.测出a,b两点间的竖直距离c.利用12mv22-12mv12算出物体从a点运动到b点的过程中动能的变化量d.验证v22-v12与2gh是否相等解析:物体重力势能减少量为mgh,动能增加量为12mv22-12mv12,计算gh和12v22-12v12,如果在实验误差允许的范围内gh=12v22-12v12,则机械能守恒定律得到验证.综上应选a,c.2.某次“验证机械能守恒定律”的实验中,用6 v,50 hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带,如图所示,o点为重锤下落的起点,选取的计数点为a,b,c,d,各计数点到o点的长度已在图上标出,单位为毫米,重力加速度取9.8 m/s2,重锤质量为1 kg.(1)打点计时器打出b点时,重锤下落的速度vb= m/s,重锤的动能ekb=j.(2)从开始下落算起,打点计时器打b点时,重锤的重力势能减小量为j.(3)根据纸带提供的数据,得到的结论是在误差允许的范围内,重锤从静止开始到打出b点的过程中, .解析:(1)重锤下落的速度vb=hac2t=1.17 m/s重锤在打出b点时的动能ekb=12mvb2=1211.172 j=0.68 j.(2)打点计时器打b点时,重锤的重力势能减小量ep减=mghob=19.870.510-3 j=0.69 j.(3)由(1),(2)计算结果可知,重锤下落过程中,在实验误差允许的范围内,动能的增加量等于其重力势能的减少量,机械能守恒.答案:(1)1.170.68(2)0.69(3)机械能守恒3.(2016全国卷,22)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有20 hz、30 hz和40 hz.打出纸带的一部分如图(b)所示.该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其他题给条件进行推算.(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图(b)中给出的物理量可以写出:在打点计时器打出b点时,重物下落的速度大小为,打出c点时重物下落的速度大小为,重物下落的加速度大小为.(2)已测得s1=8.89 cm,s2=9.50 cm,s3=10.10 cm,当地重力加速度大小为9.80 m/s2,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%,由此推算出f为hz.解析:(1)由关系式s=at2得s2-s1=a11f2,s3-s2=a21f2,则a=a1+a22=(s3-s1)f22.根据vt=vt得vb=s1+s22t=(s1+s2)f2,vc=s2+s32t=(s2+s3)f2.(2)由牛顿第二定律得mg-1%mg=ma,而a=(s3-s1)f22,由此得0.99g=(s3-s1)f22,即f=20.999.80(10.10-8.89)10-2 hz=40 hz.答案:(1)(s1+s2)f2(s2+s3)f2(s3-s1)f22(2)404.某实验小组利用如图所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒.实验前需要调整气垫导轨底座使之水平,用游标卡尺测得遮光条的宽度为d,实验时将滑块从图示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t.(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平.接通气源,将滑块静置于气垫导轨上,若滑块基本保持状态,则说明导轨是水平的;轻推滑块,若滑块能做运动,也说明导轨是水平的.(2)在本次实验中还需要测量的物理量有钩码的质量m、和(用文字说明并用相应的字母表示).(3)本实验通过比较和在实验误差允许的范围内相等(用测量的物理量符号表示),从而验证了系统的机械能守恒.(4)你估计减少的重力势能和增加的动能哪个可能偏小?.你认为造成这种偏差的原因可能是 .解析:(1)接通气源,将滑块静置于气垫导轨上,若滑块基本保持静止状态,则说明导轨是水平的;轻推滑块,若滑块能做匀速直线运动,也说明导轨是水平的.(2)本实验中钩码减少的重力势能转化为钩码和滑块的动能,所以需要测出滑块的质量m以及钩码下降的高度即滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离x.(3)此过程中钩码减少的重力势能为mgx,滑块运动到光电门时的速度v=dt,钩码和滑块增加的动能为12(m+m)(dt)2,在实验误差允许的范围内,只要计算出mgx与12(m+m)(dt)2相等,就验证了系统的机械能守恒.(4)运动过程中存在摩擦力,定滑轮也有质量,所以钩码减少的重力势能一方面转化为系统(包括定滑轮)的动能,另一方面要克服摩擦力做功,所以系统增加的动能要小一些.答案:(1)静止匀速直线(2)滑块的质量m钩码下降的高度或滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离x(3)mgx12(m+m)(dt)2(4)增加的动能存在摩擦力5.某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连;弹簧处于原长时,小球恰好在桌面边缘,如图(甲)所示.向左推小球,使弹簧压缩一段距离后由静止释放;小球离开桌面后落到水平地面.通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能.回答下列问题:(1)本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能ep与小球抛出时的动能ek相等.已知重力加速度大小为g.为求得ek,至少需要测量下列物理量中的(填正确答案标号).a.小球的质量mb.小球抛出点到落地点的水平距离sc.桌面到地面的高度hd.弹簧的压缩量xe.弹簧原长l0(2)用所选取的测量量和已知量表示ek,得ek=.(3)图(乙)中的直线是实验测量得到的s-x图线.从理论上可推出,如果h不变,m增加,s-x图线的斜率会(填“增大”“减小”或“不变”);如果m不变,h增加,s-x图线的斜率会(填“增大”“减小”或“不变”).由图(乙)中给出的直线关系和ek的表达式可知,ep与x的次方成正比.解析:(1)小球抛出时的动能ek=12mv02,要求得v0需利用平抛知识,s=v0t,h=12gt2.根据s,h,g,求得v0=sg2h,因此,需测量小球质量m、桌面高度h及落地水平距离s.(2)小球抛出时的动能ek=12mv02=mgs24h.(3)弹簧的弹性势能ep=ek=12mv02=mgs24h,即s=2hepmg,根据题给的直线关系可知,s与x成正比,而ep与s2成正比,故ep应与x的二次方成正比,则s2hmgx,s-x图线的斜率正比于hmg,如果h不变,m增加,s-x图线的斜率将会减小;如果m不变,h增加,则s-x图线的斜率会增大.答案:(1)abc(2)mgs24h(3)减小增大二6.(2016江苏卷,11)某同学用如图(甲)所示的装置验证机械能守恒定律.一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于a点,光电门固定在a的正下方.在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条.将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取v=dt作为钢球经过a点时的速度.记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和a点之间的势能变化大小ep与动能变化大小ek,就能验证机械能是否守恒.(1)用ep=mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到之间的竖直距离.a.钢球在a点时的顶端b.钢球在a点时的球心c.钢球在a点时的底端(2)用ek=12mv2计算钢球动能变化的大小,用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图(乙)所示,其读数为 cm.某次测量中,计时器的示数为0.010 0 s,则钢球的速度为v= m/s.(3)下表为该同学的实验结果:ep(10-2 j)4.8929.78614.6919.5929.38ek(10-2 j)5.0410.115.120.029.8他发现表中的ep与ek之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的.你是否同意他的观点?请说明理由.(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议.解析:(1)钢球下落的高度为初末位置球心间的竖直距离,所以选b.(2)由图知读数为1.50 cm(1.491.51都算对),钢球的速度为v=dt,代入数据解得v=1.50 m/s(1.491.51都算对).(3)若是空气阻力造成的,则ek应小于ep,根据表格数据知不是空气阻力造成的.(4)钢球经过a点时,光电门的位置低于球心的位置,故实验