7.9 实验：验证机械能守恒定律每课一练3（人教版必修2）

7.9 实验：验证机械能守恒定律 每课一练3（人教版必修2）基础巩固1.为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器以及复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、电键，其中不必要的器材是_，缺少的器材是_.解析：依据试验原理与步骤直接分析判断即可.答案：低压直流电源、天平、秒表 重锤、刻度尺2.在“验证机械能守恒定律”的实验中，需要直接测量的物理量是_，间接测量的物理量是_.答案：纸带上打出的某两点间的距离 打某点时的瞬时速度3.做“验证机械能守恒定律”的实验步骤有（ ）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，选用点迹清晰且第1、2两点间距为2 mm的纸带E.用天平称出物体的质量，利用mgh=mv2验证机械能守恒定律在上述实验步骤中错误的是_和_.多余的是_.解析：依据实验原理与步骤以及注意事项直接分析判断即可.选项B中应让重物尽量靠近打点时器，而不是手靠近，选项C中应先通电源，后放纸带，E中不需要称量物体的质量.答案：B C E4.挑选纸带的原则是：（1）_；（2）_；（3）_.纸带上第一、二两点间的距离大于1.96 mm,说明_；纸带上第一、二两点间的距离小于1.96 mm,说明_.解析：依据实验原理与步骤直接分析判断即可.答案：(1)点迹清晰 (2)第一、二点间距离接近2 mm (3)点迹在一条直线上 物体在打点前开始下落 物体在打点后开始下落5.在“验证机械能守恒定律”的实验中，对于自由下落的重物，下述选择的条件更为有利的是（ ）A.只要足够重就可以B.只要体积足够小就可以C.既要足够重，又要体积非常小D.应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲解析：重物密度大些，相对阻力的影响小一些，如果重物体积太小，纸带在运动过程中容易发生扭曲.答案：D6.如图5-9-7所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中N点来验证机械能守恒定律.下面举出一些计算N点速度的方法，其中正确的是（ ）图5-9-7A.N点是第n个点，则vn=gnT B.N点是第n个点，则vn=g（n-1）TC.vn= D.vn=解析：实验是探究验证性的，不能依据已有本实验验证的结论性的规律来处理分析数据.答案：CD7.本实验中，为什么以第1点为基准进行验证时，选用纸带应尽量挑选第1、2两点间距离接近2 mm的纸带？解析：打点计时器每隔0.02 s打一次点，自由落体运动在最初0.02 s内下落的距离h=gt2=9.80.022 m0.002 m=2 mm. 如果纸带是在打第一个点时的瞬间开始下落的，那么纸带上第1、2两点间的距离应该为约2 mm，如果纸带是在打第一个点后某一时刻才开始下落，那么第1、2两点间的时间就没有0.02 s.例如，纸带是在打第一个点后0.005 s瞬间才开始下落，那么第1、2两点间的时间就只有0.02 s-0.005 s=0.015 s了，距离也就小于2 mm.这样对h2、h3、h4和v2、v3、v4的计算都会产生影响，也就影响了最后的比较. 挑选纸带要在点迹清晰的纸带中，挑选出第1、2两点间距离接近2 mm的纸带进行测量.对此，只适用于以第1点为基准进行验证的情况.假如我们不以第1点为基准进行验证，而是以后面的点进行验证，那就不必注意第1、2两点间的距离是否接近2 mm.（请参阅本节“理解领悟”3和“练习巩固9”）综合应用8.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50 Hz，查得当地的重力加速度g=9.8 m/s2.测得所用的重物的质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4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的距离分别为62.99 cm、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：先判定D点的可靠性，即判定sBC-sAB是否等于sCD-sBC.如相等（或在误差范围内），D点就可靠（即在D点之前物体做自由落体运动），就可利用vC=求出C点速度，EkC=mvc2则Ep=mgh，h是O到C的距离.故Ep=mgh=1.009.800.777 6 J=7.62 J由于 m/s=3.888 m/s所以Ek=1.003.8882 J=7.56 J.答案:7.62 7.569.在“验证机械能守恒定律”的实验中，若以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2-h图线应是_，才能验证机械能守恒定律；v2/2-h图线的斜率等于_的数值.解析：由于=mgh，则v2/2=gh，所以v2/2是h的一次函数，图线应为过原点的直线，斜率为重力加速度的大小.答案：过原点的倾斜直线 重力加速度10.在“验证机械能守恒定律”的实验中，计算纸带上某点所对应的速度时，现提供两种办法:一是用求n点所对应的速度vn;二是利用vn=gTn的办法求vn.你认为这两种办法都可以吗?解析：重物牵引纸带下落时，由于空气阻力及纸带所受摩擦力的影响，物体下落的加速度ag，重力势能的减少量略大于动能的增加量.用vn=求出的是实际速度，用vn=gTn求出的是理想速度，vnvn，且mvn2mgh，结果与实际情况相反，故不能用vn=gTn求某时刻的速度.答案:不可用vn=gTn求速度.11.在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.00 kg.甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18 cm、0.19 cm和0.25 cm.可见其中肯定有一位学生在操作上有错误，错误操作是_.图5-9-8若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图5-9-8所示（相邻计数点时间间隔为0.02 s）.那么:（1）纸带的_端与重物相连；（2）打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB=_;（3）从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是Ep=_，此过程中物体动能的增加量Ek=_（取g=9.8 m/s2）;（4）通过计算，数值上Ep_Ek（填“”“=”或“”），这是因为_；（5）实验的结论是_.解析：丙同学的操作步骤中有错误.错误操作是先放开纸带后接通电源.答案：丙 （1）左 （2）0.98 m/s （3）0.49 J 0.48 J （4） 因为实验中有阻力 （5）在实验误差允许范围内，机械能守恒12.在用落体法验证机械能守恒定律的实验中:（1）所用重锤的质量m=1.0 kg，打点计时器所用电源频率50 Hz，打下的纸带如图5-9-9所示（图中的数据为从起始点O到该点的距离），则在打B点时，重锤的速度vB=_m/s，重锤的动能EkB=_ J，从开始下落到打B点时，重锤的势能减少量是_J（取两位有效数字）.图5-9-9（2）根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v2为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是图5-9-10所示中的（ ）