《实验验证机械能守恒定律》模拟试题

《实验：验证机械能守恒定律》试题基础达标1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，对于自由下落的重物，下列选项中可取的是()A．选用重物时，重的比轻的好B．选用重物时，体积小的比大的好C．重物所受重力应与它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力平衡D．重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力【解析】应选择阻力影响足够小的重物．【答案】D2．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()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．测量物体的质量，利用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)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veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)与2gh是否相等【答案】AC3．“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法．(取g＝10m/s2)(1)用公式eq\f(1,2)mv2＝mgh时，对纸带上起点的要求是初速度为________，为达到此目的，所选择的纸带第一、二两点间距应接近________．(2)若实验中所用重锤质量m＝1kg，打点纸带如甲图所示，打点时间间隔为s，则记录B点时，重锤速度vB＝________，重锤的动能EkB＝________，从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是________，因此可得出的结论是________．(3)根据纸带算出的相关各点的速度值，量出下落的距离，则以eq\f(v2,2)为纵轴，以h为横轴画出的图线应是乙图中的________．【解析】(1)初速度为0，所选第一、第二两点间距接近2mm.(2)vB＝eq\f(\x\to(AC),2T)＝eq\f(－×10－3,2×m/s＝0.59m/sEkB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)×1×＝JΔEp＝mghB＝1×10××10－3J＝J.(3)由eq\f(1,2)mv2＝mgh可得eq\f(v2,2)＝gh∝h，故选项C正确．【答案】(1)02mm(2)0.59m/sJJ在实验误差允许的范围内，重锤动能的增加量等于势能的减少量(3)C4．在验证机械能守恒的实验中，某同学利用图甲中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示．在实验数据处理中，某同学取A、B两点来验证实验．已知打点计时器每隔s打一个点，图中测量结果记录在下面的表格中．项目x1/cmA点瞬时速度/(m·s－1)x2/cmB点瞬时速度/(m·s－1)AB两点间距离/cm数据(1)观察纸带，可知连接重物的夹子应夹在纸带的________端；(选填“左”或“右”)(2)将表格中未填项目填写完整；(3)若重物和夹子的总质量为0.6kg，那么在A到B运动过程中，动能的增加量为________J，重力势能的减少量为________J.【解析】(1)重物刚开始运动，速度较小，点迹比较密集，故夹子应夹在纸带的左端；(2)vB＝eq\f(x2,2T)＝3.20m/s；(3)在A到B运动过程中，动能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)≈J，重力势能的减少量ΔEp＝mghAB＝J.【答案】(1)左(2)(3)5．在“验证机械能守恒定律”的实验中，设打点时间间隔为T，某同学得到一条纸带如图所示，对于求前4个点的速度，有三种做法：甲同学：分别测出x1、x2、x3、x4、x5，然后由v1＝eq\f(x1＋x2,2T)，v2＝eq\f(x2＋x3,2T)，v3＝eq\f(x3＋x4,2T)，v4＝eq\f(x4＋x5,2T)求前4个点的速度．乙同学：分别测出h1、h2、h3、h4、h5，然后由v1＝eq\f(h2,2T)，v2＝eq\f(h3－h1,2T)，v3＝eq\f(h4－h2,2T)，v4＝eq\f(h5－h3,2T)求前4个点的速度．丙同学：由公式vt＝gt得v1＝gT、v2＝2gT、v3＝3gT、v4＝4gT，计算出前4个点的速度．你认为他们的做法对不对？说明理由．【解析】甲同学的计算方法虽然符合纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度的原理，但测量方法不如乙同学，因为分段测量误差较大，乙同学的测量方法误差较小，故应采用乙同学的方法．至于丙同学的做法是完全错误的．因为只要认为加速度为g，机械能就肯定是守恒的，那也就无需去做实验验证了．用机械能守恒定律去验证机械能守恒，这在逻辑推理上叫做循环论证．况且用v＝gt算出的速度一定比从纸带上测量算出的值要大，因为实际实验中阻力不可避免，其加速度a<g，而丙同学的做法一定会出现Ek＝eq\f(1,2)m(gt)2>Ep＝mg·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)at2))的情况，所以不能用v＝gt或v＝eq\r(2gh)去计算速度．【答案】见解析能力提升1.利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：A．用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度vB．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝eq\r(2gh)计算出瞬时速度vC．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝eq\f(v2,2g)计算出高度hD．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v以上方案中只有一种正确，正确的是()【解析】物体由静止开始自由下落过程中受到空气阻力和纸带与打点计时器的摩擦阻力的作用，不是自由落体运动，A、B错误．物体下落的高度是用米尺测量的，不是计算的，C错误．D为验证机械能守恒定律的实验测量方案，正确．【答案】D2．在验证机械能守恒定律的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大的阻力，则结果()A．mgh>eq\f(1,2)mv2B．mgh<eq\f(1,2)mv2C．mgh＝eq\f(1,2)mv2D．以上都有可能【解析】阻力增大，实际加速度a小于重力加速度g，据动能定理有mah＝eq\f(1,2)mv2，故mgh>eq\f(1,2)mv2.【答案】A3．图中甲、乙两图都是利用“验证机械能守恒定律”的实验来测量当地的重力加速度g值的装置示意图．已知打点计时器的打点频率为50Hz.(1)这两图相比较，用哪个图所示的装置实验较好？简单说明理由．(2)上图中的丙是采用较好的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带，其中O点为打下的第一个点，标为1，后面依次打下的一系列点迹分别为2、3、4、5…….经测量，第15至17点间的距离为11.69cm，第1至第16点间的距离为43.83cm，则打下第16个点时，重物下落的速度大小为________m·s－1.在实验误差允许的范围内，可认为重物在下落的过程中机械能守恒，由此求得重力加速度值为g＝________m·s－2(要求保留三位有效数字)．【解析】(1)用甲图所示的装置实验较好．因为用夹子固定，可以避免乙图由于手的抖动而造成纸带上的第1个点迹被拖长和位置不确定的现象．另外由于用夹子固定纸带，便于纸带调整到竖直方向，以避免纸带与打点计时器(限位孔)之间产生较大的摩擦，而乙图中用手握住纸带，难于做到这一点．(2)v16＝eq\f,×2)＝(m·s－1)．由mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,16)，得：g＝eq\f(v\o\al(2,16),2h)＝eq\f,2×＝(m·s－2)．【答案】(1)甲图，理由见解析(2)4．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Δt.(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？(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，则说明导轨是水平的(或轻推滑块，滑块能做匀速直线运动)．(2)本实验中钩码减少的机械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＝eq\f(d,Δt)，钩码和滑块增加的动能为eq\f(1,2)(m＋M)eq