物理必修29.实验：验证机械能守恒定律一课一练

这是一份物理必修29.实验：验证机械能守恒定律一课一练，共7页。试卷主要包含了78cm、70，86　6，8×0，0＋42，9m，x2＝14等内容，欢迎下载使用。
1.(2011·黄岗中学高一检测)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．利用eq \f(1,2)mv22－eq \f(1,2)mv12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
答案：AC
2．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50Hz，甲、乙两条实验纸带如图所示，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________．
答案：(1)甲 (2)T2＝eq \f(s12,8gs2)
解析：(1)由于甲图中1、2两点间的距离(1.9mm)接近于2mm，故选甲图．
3．(2011·南宫中学高一检测)在利用自由落体“验证机械能守恒定律”的实验中，
(1)下列器材中不必要的是________(只需填字母代号)．
A．重物 B．纸带
C．天平 D．电源
(2)如图所示为实验得到的一条点迹清晰的纸带，把第一个点记做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点的距离分别为62.78cm、70.00cm、77.58cm、85.52cm.根据以上数据，可知重物由O点运动到B点，重力势能的减少量等于________J，动能的增加量等于________J．(已知所用重物的质量为1.00kg，当地重力加速度g＝9.80m/s2，取3位有效数字．)
答案：(1)C (2)6.86 6.85
解析：(1)本实验不需要测量重锤的质量m.
(2)ΔEp＝mgh＝1×9.8×0.70J＝6.86J
ΔEk＝eq \f(1,2)mvB2＝eq \f(1,2)m(eq \f(\x\t(AC),2T))2＝6.85J
4．(辽宁实验中学高一检测)在“验证机械能守恒定律”的实验中：所用电源的频率为50Hz.某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测得各计数点到O的距离(单位：mm)如图所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分别是每打两个点取出的计数点．
(1)从下列器材中选出实验所必须的，其编号为________．
A．打点计时器(包括纸带) B．重锤 C．天平
D．毫米刻度尺 E．秒表(或停表) F．运动小车
(2)若重锤的质量为mkg，则重锤从开始下落到打B点时，减少的重力势能是________J，从重锤下落到打B点时增加的动能是______J，得到的结论是_____________．(取g＝9.8m/s2，结果保留三位有效数字)
答案：(1)ABD (2)1.91m 1.88m 在实验误差允许的范围内，重锤的机械能守恒
5.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，如图所示，一同学在实验报告中填写如下：
v＝2.36m/s.h＝28.76cm，eq \f(v2,2)＝2.785m2/s2，gh＝2.718m2/s2.由以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？
答案：在本实验中，由于空气阻力和摩擦力不可避免，所以重力势能的减少量大于动能的增加量，或者说物体下落的实际加速度a＜g.所以实验所测数据的实际结果应是eq \f(1,2)v2＜gh.而不是这位同学的eq \f(1,2)v2＞gh.
6．(2010·聊城高一检测)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50Hz，查得当地重力加速度g＝9.8m/s2.某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺的读数如图所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取出的计数点，则重物由O点运动到B点时，(重物质量为m)求：
(1)重力势能减少量为多少？
(2)动能增加量为多少？
(3)根据数据得出什么结论？产生误差的原因是什么？
答案：(1)1.911mJ (2)1.89mJ (3)在实验误差允许范围内，重锤重力势能减少量等于动能的增加量即机械能守恒；下落过程中克服摩擦阻力做功
解析：(1)重力势能减少量ΔEP＝mghOB＝1.91mJ
(2)重物下落到B点时速度vB＝eq \f(hAC,4T)＝1.944m/s
增加的动能为ΔEk＝eq \f(1,2)mvB2＝1.89mJ
(3)重锤的重力势能减小略大于其动能增加，其原因是下落中克服阻力做功，机械能略有减少．
能力提升
1．(2011·唐山一中高一检测)在“验证机械能守恒定律”的实验中：
(1)供实验选择的重物有以下四个，应选择：( )
A．质量为10g的砝码
B．质量为200g的木球
C．质量为50g的塑料球
D．质量为200g的铁球
(2)下列叙述正确的是( )
A．实验中应用秒表测出重物下落的时间
B．可用自由落体运动的规律计算重物的瞬时速度
C．因为是通过比较eq \f(mv2,2)和mgh是否相等来验证机械能是否守恒，故不需要测量重物的质量
D．释放重物前应手提纸带的上端，使纸带竖直通过限位孔
(3)质量m＝1kg的物体自由下落，得到如图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为0.04s，那么从打点计时器打下起点O到打下B点的过程中， 物体重力势能的减少量Ep＝________J，此过程中物体动能的增加量Ek＝________J．(g＝9.8m/s2，保留三位有效数字)
答案：(1)D (2)CD (3)2.28 2.26
2．(福建厦门六中高一检测)在验证机械能守恒定律的实验中，质量为m＝1.00kg的重锤拖着纸带下落，在此过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点．在纸带上选取五个连续的点A、B、C、D和E，如图所示．其中O为重锤开始下落时记录的点，各点到O点的距离分别是31.4mm、49.0mm、70.5mm、95.9mm、124.8mm.当地重力加速度g＝9.8m/s2. 本实验所用电源的频率f＝50Hz.(结果保留三位有效数字)
(1)打点计时器打下点B时，重锤下落的速度vB＝________m/s，打点计时器打下点D时，重锤下落的速度vD＝________m/s.
(2)从打下点B到打下点D的过程中，重锤重力势能减小量ΔEp＝________J，重锤动能增加量ΔEk＝________J.
(3)在误差允许范围内，通过比较________就可以验证重锤下落过程中机械能守恒了．
(4)设重锤在下落过程中受到恒定不变的阻力F，则可根据本实验数据求得阻力F的表达式为________(用题中所给字母m，g，s1，s2，f表示)．
答案：(1)0.978 1.36 (2)0.459 0.447
(3)重力势能的减小量和动能的增加量相等
(4)mg－m(s2－s1)f2
3．如图甲所示，用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动，使之替代打点计时器．当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒表面的纸上画出记号，如图乙所示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动．测得记号之间的距离依次为26.0mm、42.0mm、58.0mm、74.0mm、90.0mm、106.0mm，已知电动机铭牌上标有“1440r/min”的字样，由此验证机械能守恒．根据以上内容，回答下列问题：
(1)毛笔画相邻两条线的时间间隔T＝________s，图乙中的圆柱棒的________端是悬挂端(填“左”或“右”)．
(2)根据乙所给的数据，可知毛笔画下记号C时，圆柱棒下落的速度vC＝________m/s；画下记号D时，圆柱棒下落的速度vD＝________m/s；记号C、D之间圆柱棒的动能的变化量为______J，重力势能的变化量为________J(g＝9.8m/s2)．由此可得出的结论是________．(结果保留两位有效数字)
答案：(1)T＝eq \f(1,n)＝eq \f(60,1440)s＝0.042s，左端相邻笔迹间间距大，故左端是悬挂端．
(2)vC＝eq \f(58.0＋42.0×10－3,0.042×2)m/s＝1.2m/s，
vD＝eq \f(58.0＋74.0×10－3,0.042×2)m/s＝1.6m/s，
ΔEK＝eq \f(1,2)m(vD2－vC2)＝0.53J，ΔEP＝mgeq \x\t(CD)＝0.57J，
在误差允许范围内，圆柱体的机械能是守恒的．
4．一士兵乘飞机巡查，用一部自动照相机在空中摄影，他选好快门开启的时间间隔1s，镜头放大率为eq \f(1,100)，将一苹果从飞机上自由落下开始到落地的拍摄照片如下图所示．
(1)该地的重力加速度为________m/s2.
(2)飞机离地面的高度________m.
(3)试根据此照片验证机械能守恒定律．
答案：(1)9.8 (2)78.2 (3)见解析
解析：由底片和放大率可得连续相等时间内的位移x1＝4.9m，x2＝14.6m，x3＝24.5m，x4＝34.2m，由Δx＝aT2＝gT2和逐差法得g＝eq \f(x4＋x3－x2－x1,4T2)＝9.8m/s2.
(2)因飞机离地面的高度是底片上起点和终点间距离的100倍．
所以h＝78.2×10－2×100m＝78.2m
(3)取C、O两点研究
ΔEk＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(1,2)m[eq \f(102\x\t(OD)－\x\t(OB),2T)]2＝430.7mJ
|ΔEp|＝mg·eq \x\t(OC)×102＝431.2mJ
在误差允许范围内ΔEk＝|ΔEp|
所以在只有重力做功的条件下机械能守恒．
5．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点为打点的第一个点，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3位有效数字)．
答案：甲图 2.92m·s－1 9.74m·s－2
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(0.1169,0.02×2)＝2.9225(m·s－1)．
由mgh＝eq \f(1,2)mv162，得：
g＝eq \f(v162,2h)＝eq \f(2.92252,2×0.4383)＝9.74(m·s－2)
注：本题中利用“验证机械能守恒定律”的实验来完成测量当地的重力加速度g值，这是对教材中实验方法的拓展．这种拓展，是近年来高考实验题的变化趋势．学习中需重视更新实验情景，变换实验方式，不断提高观察的思维能力．