高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律课后作业题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律课后作业题，共7页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。

一、实验题
1．某实验小组利用如图甲所示的装置探究钩码和小车组成的系统机械能守恒。实验器材有一端带滑轮的长木板、轻细绳、单个质量为m的钩码、质量为3m的小车、打点计时器、刻度尺。

（1）装置平衡摩擦力之后，通过验证 减小的重力势能等于系统增加的动能，可以探究钩码和小车组成的系统机械能守恒；
（2）已知交流电源频率为50Hz，启动打点计时器，释放小车，小车在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图乙所示（图中相邻两点间有4个点未画出）。从纸带数据可计算出经过4点的瞬时速度v4= m/s；（计算结果保留到小数点后两位）
（3）实验小组通过绘制图线分析数据（，v是各计数点对应时刻小车的瞬时速度，v0是O点对应时刻小车的瞬时速度，s是各计数点到O点的距离）。若钩码和小车组成的系统机械能守恒，已知图线斜率为k，可求得当地的重力加速度g= 。（用题中所给出的字母表示）
2．某同学利用如图（a）所示装置来测量当地的重力加速度，用一根不可伸长的细绳，一端系住小球，另一端固定在悬点O，O点正下方固定一个光电门，将小球拉到细线与竖直夹角为θ位置静止释放，小球摆到最低点时球心刚好可以经过光电门挡光，光电门记录小球的挡光时间t。已知小球的直径d，细绳的长度L（）。改变θ，得到多组数据，并画出关系图，如图（b）所示，图像斜率绝对值为k，则重力加速度g= （用d、L、k表示），由于计算中摆长只考虑细的长度而忽略了小球的半径，导致测得的重力加速度 （偏大、偏小、不变）。

3．光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球。现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。
（1）还需要的器材是 、 。
（2）该实验是把对弹性势能的测量转化为对钢球的 能的测量，进而转化为对物理量 和 的直接测量。
4．一同学要研究轻弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系，他的实验如下：在离地面高度为h的光滑水平桌面上，沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为m的一小钢球接触.当弹簧处于自然长度时，小钢球恰好在桌子边缘，如图所示，让钢球向左压缩弹簧一段的距离后由静止释放，使钢球沿水平方向射出桌面，小球在空中飞行后落到水平地面，水平距离为s，设重力加速度为g．则弹簧的弹性势能Ep与小钢球质量m、桌面离地高度h、水平距离s等物理量的关系为 ．
5．如图所示，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O转动的轻杆，且摆到某处时即能停在该处，另有一小钢球。现要利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。
(1)还需要的器材是 。
(2)以上测量，实际上是把弹性势能的测量转化为 的测量，进而转化为对 和 的直接测量。
参考答案：
1． 钩码 0.62
【详解】（1）[1]钩码和小车组成的系统根据机械能守恒定律可得
钩码减小的重力重力势能等于系统增加的动能，故填钩码；
（2）[2]如图乙所示相邻两点间有4个点未画出可得两点所用的时间为
如图乙所示可得经过4点的瞬时速度等于3点到5点的平均速度
故填0.62；
（3）[3]如图甲所示由机械守恒定律得
得
已知图线斜率为k得
求得当地的重力加速度为
故填。
2． 偏大
【详解】[1]小球经过光电门时间极短，则小球在最低点的速度为
根据机械能守恒定律有
联立可得
可知图线斜率绝对值为
解得
[2]根据计算重力表达式
由于计算中摆长只考虑细的长度而忽略了小球的半径，则偏小，导致测得的重力加速度偏大。
3． 天平 刻度尺 重力势 质量 高度
【详解】(1)[1][2]用小球压缩弹簧，再将弹簧释放，弹簧的弹性势能转化为小球的动能，由于水平轨道与圆弧轨道均是光滑的，只有弹簧的弹力和重力做功，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，根据机械能守恒定律得，弹簧的弹性势能
因此需要用天平测量小球的质量m，用刻度尺测量小球在光滑圆弧轨道上上升的高度h。
(2)[3][4][5]根据机械能守恒可知，实际上是把对弹性势能的测量转化为对重力势能的测量，根据重力势能的计算公式
可知需要直接测量的物理量是质量、上升高度。
4．
【详解】小球离开桌面后做平抛运动，有：s=v0t
竖直方向有：
联立解得：，
根据功能关系有：，
代入数据解得：
5． 天平、刻度尺 重力势能 质量 上升的高度
【详解】(1)[1]将压缩弹簧的小球释放后，由于轨道都是光滑的，只有弹簧的弹力和重力做功，最终弹簧的弹性势能转化为小钢球的重力势能，因此需要用天平测量小钢球的质量m，用刻度尺测量小钢球在光滑圆弧轨道上升高的高度h，故还需要的器材是天平和刻度尺；
(2)[2][3][4]根据机械能守恒定律可以知道以上测量过程实际上是把对弹性势能的测量转化为对重力势能的测量，根据重力势能的计算公式
可知需要直接测量的物理量是质量和上升的高度。