7.9 实验：验证机械能守恒定律每课一练2（人教版必修2）

7.9 实验：验证机械能守恒定律 每课一练2（人教版必修2）夯基达标一、填空题1.当电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz时，它每隔_ s打一次点，1 s内打点_次.思路解析：当电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一次点，1 s内打点50次.答案：0.02 502.如图5-9-4所示，电源频率为50 Hz，所打纸带上相邻两个计数点间还有三个计时点未画出，则tAC=_,=_,vB=_.图5-9-4思路解析：打点间隔t=0.02 s，每两个计数点间有4个打点间隔，AC间有8个打点间隔，所以tAC=8t=0.16 s.=0.225 m/s,vB=0.225 m/s.答案：0.16 s 0.225 m/s 0.225 m/s3.在验证机械能守恒定律的实验中：（1）实验的研究对象是_.（2）实验器材除了铁架台、打点计时器、纸带、复写纸、带铁夹的重锤外，还应该有_和_.思路解析：实验的研究对象是重物.实验器材还应该有低压交流电源、刻度尺.答案：（1）重物 （2）低压交流电源 刻度尺4.下列关于验证机械能守恒定律的说法中正确的是（填代号）A.选用重物时，密度大的比密度小的好B.选用重物时，体积小的比大的好C.选用重物后，要称出它的质量D.重物所受的重力，应远大于它所受的空气阻力和纸带受到打点计时器的阻力思路解析：实验选择重物时，应使重物的重力远大于空气阻力和纸带受到打点计时器的阻力，因此A、B、D正确.实验中，完全可以不测重物的质量，C不正确.答案：ABD5.在“验证机械能守恒定律”实验中，得到如图5-9-5所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是后面的一些点.算出打下B、C两点时，重物速度分别是vB、vC，量得B、C两点间的距离为h，那么验证机械能守恒的表达式可写为_.图5-9-5思路解析：从BC的过程Ep减=mgh，Ek增=，所以需验证的表达式为mgh=.答案：mgh=6.在“验证机械能守恒定律”实验中，若以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出-h图象应是_，才能验证机械能守恒定律；-h图线的斜率等于的数值_.思路解析：本实验的目的是验证mgh=，即.由等式可知，图象应是一条过原点的直线，其斜率应等于重力加速度g的值.答案：过原点的直线 重力加速度g7.在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中：（1）打点计时器所接交流电的频率为50 Hz，甲、乙两条实验纸带如图5-9-6所示，应选_纸带好.（2）若通过测量纸带上某两点间距离来计算某时刻的瞬时速度，进而验证机械能守恒定律.现已测得2、4两点间距离为s1，0、3两点间距离为s2，打点周期为T，为了验证0、3两点间机械能守恒，则s1、s2和T应满足的关系为_.图5-9-6思路解析：（1）由于甲图中0、1两点间的距离（1.9 mm）接近于2 mm，故选甲图.（2）点3所对应的瞬时速度v3=，物体下落的高度为s2，据mgh=知：gs2=即：T2=答案：（1）甲 （2）T2=二、解答题8.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？思路解析：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mgh，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的办法求速度.9.在利用打点计时器验证自由下落物体机械能守恒的实验中，设物体在打O点时释放，打点计时器打A点时物体速度为v，如图5-9-7所示，一同学在实验报告中填写如下：v=2.36 m/s,h=28.38 cm,=2.785 m2/s2,gh=2.781 m2/s2.由此上数据说明在误差范围内相等，故机械能守恒.老师批阅：“数据非实验所得！”老师作此批阅的理由是什么？图5-9-7思路解析：在本实验中空气阻力和摩擦力不可避免，所以重力势能的减少量应大于动能的增加量，实际结果应该是gh，而不是这位同学得出的gh.答案：见解析10.做“验证机械能守恒定律”实验的步骤有：（ ）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.将连用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，选用点迹清晰且第一、二两点间距约为2 mm的纸带；E.用天平测出物体的质量，利用mgh=验证机械能守恒定律.在上述实验步骤中错误的有哪些？多余的有哪些？思路解析：对步骤B，因实验时是手提纸带让重物尽量靠近打点计时器而不是让手靠近.故步骤B错误.对步骤C，实验时要先接通电源后松开纸带，这个顺序不可颠倒.故步骤C错误.对步骤E，在做机械能守恒的实验时，利用的是Ep=mgh与Ek=的近似相等的关系，即为：mgh=，约去m可得gh=，与质量m无关，并不需要测量重物的质量.故步骤E是多余的.答案：错误的步骤是B和C，多余的步骤是E.11.实验室为你准备了下列主要的实验器材：（1）带孔的金属小球；（2）光电门和光电计时器.试设计一个实验，验证机械能守恒定律.要求：（1）说明实验方法和原理以及还需要的测量工具和器材；（2）说明实验的步骤和测量的物理量；（3）说明数据的处理和验证的具体方法；（4）说明误差产生的原因和消除的方法.思路解析：（1）用细线拴一小球，让其从某一高度由静止释放，小球在向下摆动的过程中，线的拉力与球运动方向垂直，不做功.因小球运动的速度不太大，空气阻力可以忽略，所以小球在下摆的过程中认为机械能守恒，如图所示.设小球的质量为m，用直尺测出某过程小球下落的高度，用光电门和光电计时器测出小球通过最低点时的速度，便可验证球下摆的过程机械能是否守恒.还需要的器材有：细线、刻度尺、铁架台、卡尺等.（2）实验步骤：用长约1 m的细线将金属球悬挂在铁架台的支架上，测量出悬点到球心的距离L，并用卡尺测出小球的直径d；将光电门安装在悬点正下方小球恰好经过的位置，并将光电门与光电计时器相连接；在小球的释放点立一长直尺，记录小球释放点的高度h；将小球由静止释放，记录小球在最低点处穿过光电门用的时间t；改变小球释放的高度，重复上述实验，测出几组数据.（3）产生误差的主要原因是：小球释放点高度的测量和摆线长度的测量不准而导致小球下落的高度差h测量不准.改进的方法是设置一个竖直的平面，记录悬点的位置和过悬点的竖直线，让小球在竖直平面内运动，这样便于记录小球的释放位置和下落高度.（4）数据的处理方法是：测出由悬点到小球释放点的高度h，算出小球下落高度h=L-h和小球重力势能的变化Ep=mg（L-h）.由小球的直径d和小球通过光电门的时间算出小球在最低点时的速度v=和相应动能增量Ek=.比较Ep和Ek的大小，便可验证此过程机械能是否守恒.走近高考12.用如图5-9-8所示的实验装置验证机械能守恒定律.在下面所列举的该实验的几个操作步骤中，你认为没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是（填字母代号）（ ）图5-9-8A.按照图示的装置安装器件B.将电火花计时器接到学生电源的直流输出端上C.用天平测量出重锤的质量D.先放手让纸带和重物下落，再接通电源开关E.在打出的纸带上，依据打点的先后顺序选取连续的A、B、C、D四个合适的点，通过测量计算得出B、C两点的速度为vB、vC，并测出B、C两点的距离为hF.在误差允许范围内，看减少的重力势能mgh是否等于增加的动能，从而验证机械能守恒定律思路解析：B中，电火花计时器应直插在220 V交流电源上，C是不必进行的，D中，应先接通电源，再释放纸带.答案：BCD13.在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器接在电压为6.0 V、频率为50 Hz的交流电源上，自由下落的重物质量为1.0 kg，打下一条理想的纸带，数据如图5-9-9所示，单位是_cm，g取9.8 m/s2，O、A之间有几个计数点未