鲁科版 (2019)必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律随堂练习题

这是一份鲁科版 (2019)必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律随堂练习题，共6页。试卷主要包含了实验目的，实验器材，实验步骤，实验验证，误差分析，注意事项等内容，欢迎下载使用。
第一章 功和机械能    验证机械能守恒实验一、实验目的1．验证机械能守恒定律。2．进一步熟悉打点计时器的使用。二、实验器材铁架台(带有铁夹)、打点计时器、交流电源、纸带、重物、天平、砝码、刻度尺。三、实验步骤1．测质量：使用天平称出重物的质量。2．安装置：按图将打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电源。3．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，然后再松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带，再重复做3～5次。4．选纸带：分两种情况。(1)应选点迹清晰且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由先释放纸带，后接通电源造成的。这样，第1个点就不是运动的起始点了，纸带上第1个点对应的动能就不等于零。原理式mgh＝mv2就不成立了。(2)用mgΔh＝mvB 2－mvA2验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用。5．测距离：用毫米刻度尺测出O点到1,2,3…各计数点的距离，求出重物对应于各点下落的高度h1，h2，h3…，并将各点对应的高度填入设计的表格中。四、实验验证方法一：利用起始点O和n个计数点，分别计算出各点对应的重力势能和动能。设起始点O处的重力势能为零，则各计数点处的重力势能为－mghn，对应的动能为mvn2，如果在实验误差允许的范围内mghn＝m vn2，则机械能守恒。方法二：任意选取两点A、B，测出hAB，计算出mghAB，再计算出vA、vB、mvB2－mvA2的值，如果在实验误差允许的范围内mghAB＝mvB2－mvA2，则机械能守恒。五、误差分析1．在进行长度测量时，测量及读数不准造成偶然误差。2．系统误差的主要来源是重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。3．交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生系统误差。六、注意事项1．应尽可能控制实验，满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小。2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直。先接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带。3．测量下落高度时，为减小实验误差，后边的点应距起点O较远，在测量各点到O点的距离时，应当用刻度尺从O点量起，一次性读出各点到O点的距离。 【作业】1．用如图所示的装置验证机械能守恒定律，由于电火花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，这样实验造成的结果是    。A．重力势能的减少量明显大于动能的增加量B．重力势能的减少量明显小于动能的增加量C．重力势能的减少量等于动能的增加量D．以上几种情况都有可能2. 如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是    。A．重物选用质量和密度较大的金属锤B．两限位孔在同一竖直面内上下对正C．精确测量出重物的质量D．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有    。A．OA、AD和EG的长度B．OC、BC和CD的长度C．BD、CF和EG的长度D．AC、BD和EG的长度3.在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m＝1 kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示(相邻两计数点时间间隔为0.02 s)那么：(1)打点计时器打下计数点B时，重物的速度vB＝    。(2)从起点O到打下计数点B的过程中，重物的重力势能的减少量ΔEp＝     J，此过程中重物动能的增加量ΔEk＝     J(g取9.8 m/s2)。(结果保留三位小数)(3)通过计算，数值上ΔEp   (选填“＞”“＝”或“＜”)ΔEk，这是因为                                                。4.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05 s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。(当地重力加速度g取9.8 m/s2，小球的质量m＝0.2 kg，结果保留3位有效数字)时刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98    (1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝     m/s。(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝     J，动能减少量ΔEk＝     J。(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证了机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp    (选填“>”“<”或“＝”)ΔEk，造成这种结果的主要原因是          。5．用如图的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。实验中获取的一条纸带如图所示，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打下的点(图中未标出)，打点频率为50 Hz，计数点间的距离已标记在纸带上。已知m1＝50 g，m2＝150 g，则(g＝9.8 m/s2，所有结果均保留三位有效数字)(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝     m/s。(2)在打下0～5的过程中系统动能的增量ΔEk＝     J，系统势能的减少量ΔEp＝     J。(3)由此得出的结论是                                               。(4)在本实验中，若某同学作出了­h的图像，如图所示，则当地的重力加速度的测量值g＝     m/s2。6．某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示。(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平；②测出遮光条的宽度l＝6 mm；③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x；④将滑块移至光电门1左侧某处，待重物静止不动时，释放滑块，要求重物落地前挡光条已通过光电门2；⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出遮光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出重物质量m。(2)滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝    和v2＝    。(3)已知当地重力加速度为g。如果在误差允许的范围内等式                成立，则可认为验证了机械能守恒定律。(用已测物理量字母表示)                参考答案1．解析：由于重物下落时要克服阻力做功，重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能，故重力势能的减少量大于动能的增加量，A正确。答案：A2. 解析：(1)选用质量和密度较大的金属锤、限位孔在同一竖直面内对正都可以降低摩擦阻力对实验结果造成的误差，所以A、B正确；动能与重力势能的表达式中都含有质量m，可以约去，故不需要测量出质量m的具体数值，C错误；重物下落之前应该用手拉住纸带上端而不是用手托住重物，D错误。(2)测出BC和CD的长度就可以计算出打下C点时的速度vC，再测出OC的长度，就可验证mghOC＝mvC2是否成立，所以B正确；测出BD、EG的长度可计算出打下C、F两点时的速度vC和vF，再测出CF的长度，就可验证mghCF＝mvF2－mvC2是否成立，所以C正确。答案：(1)AB　(2)BC3.解析：(1)B点瞬时速度等于AC段的平均速度vB＝＝  m/s＝0.98 m/s。(2)重力势能的减少量ΔEp＝mgh＝1×9.8×0.050 1 J≈0.491 J动能的增加量ΔEk＝mvB2＝×1×0.982 J≈0.480 J。(3)计算得出ΔEp＞ΔEk，这是因为重物在下落过程中还需克服摩擦阻力做功。答案：(1)0.98 m/s　(2)0.491　0.480 (3)＞　重物在下落过程中还需克服摩擦阻力做功4.解析：(1)v5＝×10－2 m/s＝3.48 m/s。(2)重力势能的增量ΔEp＝mgΔh，代入数据可得ΔEp≈1.24 J，动能减少量ΔEk＝mv22－mv52，代入数据可得ΔEk≈1.28 J。(3)由计算可得ΔEp<ΔEk，主要是由于存在空气阻力。答案：(1)3.48　(2)1.24　1.28　(3)<　存在空气阻力5．解析：(1)纸带上打下计数点5时的速度v＝＝ m/s＝2.40 m/s。(2)动能增量ΔEk＝(m1＋m2)v2＝×0.2×2.42 J＝0.576 J，系统势能的减小量ΔEp＝(m2－m1)gh＝0.1×9.8×(0.384 0＋0.216 0) J＝0.588 J。(3)根据以上数据可知在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒。(4)根据机械能守恒可知，(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v2，所以­h图像斜率的两倍表示重力加速度，由题图可知斜率k＝＝4.85，所以重力加速度g＝9.70 m/s2。答案：(1)2.40　(2)0.576　0.588　(3)在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒　(4)9.706．解析：(2)光电门的测速原理是用遮光条通过光电门的平均速度代替物体的瞬时速度，可知通过光电门1的瞬时速度v1＝，通过光电门2时瞬时速度v2＝。(3)根据机械能守恒定律可得系统重力势能的减少量等于系统动能的增加量，即mgx＝(M＋m)2－(M＋m)2。答案：(2)　(3)mgx＝(M＋m)2－(M＋m)2