1、19 实验:验证机械能守恒定律演练提升夯基达标1.在”利用重锤自由下落验证机械能守恒定律”的实验中,产生误差的主要原因是( ) A.重锤下落的实际高度大于测量值 B.重锤下落的实际高度小于测量值 C.重锤实际末速度v大于gt(g为重力加速度,t为下落时间) D.重锤实际末速度v小于gt 解析:由于重锤下落过程中存在摩擦力,所以重锤下落时的加速度小于实际重力加速度g,末速度就小于gt。 答案:D 2.在本实验中,对于自由下落的重物,下列选择的条件哪种更为有利( ) A.只要足够重就可以 B.只要体积足够小就可以 C.既要足够重,又要体积非常小 D.应该密度大些,还应便于夹紧纸带,使纸带随同运动时
2、不致扭曲 解析:重力大、体积小的物体在下落时,阻力与重力相比较小,故应选体积小、密度大的物体,还应便于夹纸带,通过纸带来研究重物的速度变化、下落高度,故C、D正确。 答案:CD 3.在”验证机械能守恒定律”的实验中,质量m=200 g的重锤拖着纸带由静止开始下落,在下落过程中,打点计时器在纸带上打出一系列的点。在纸带上选取三个相邻计数点A、B和C,相邻计数点间的时间间隔为0.10 s,O为重锤开始下落时记录的点 ,各计数点到O点的距离如图所示,长度单位是cm,当地重力加速度g为9.80 m/ 。 2s(1)打点计时器打下计数点B时,重锤下落的速度 ( 保留三位有效数字); Bv(2)从打下计数
3、点O到打下计数点B的过程中,重锤重力势能减小量 p= ,重锤动能增加E量 k= ( 保留三位有效数字)。 E解析: m/s=2.91 m/s。 076194522(1)AChBTv(2) p .856 J k .847 J。 mgE210Bmv答案:(1)2.91 m/s (2)0.856 J 0.847 J 24.在验证机械能守恒定律时,如果用 验证机械能守恒定律,那么以 为纵轴,以h21mvgh2v为横轴(h为从第一点到选定点的距离),根据实验数据绘出的 h图象应是什么形状才能验2v证机械能守恒定律,图线的斜率表示什么? 解析:由 可得 即 是h的正比例函数。所以,根据实验数据绘出的21m
4、vgh2v2v图象应是通过原点的一条倾斜直线。由 可知 h图线的斜率表示重力加速度2v2g2vg。 答案:过原点的倾斜直线 重力加速度g 5.在”验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器所用电源频率为50 Hz,当地重力加速度的值为9.80 m/s 测得所用重物的质量为 1.00 kg。甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三2条纸带,量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18 mcm、0.19 cm和0.25 cm。可见其中肯定有一位学生在操作上有错误,错误操作是 。 若按实验要求正确地选出纸带进行测量,量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02 s)。那么
5、: (1)纸带的 端与重物相连; (2)打点计时器打下计数点B时,物体的速度 ; Bv(3)从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是 ,此过程中物体动pE能的增加量 (取g=9.8 m/ ; kE2)s(4)通过计算,数值上 选填”“=“或” 在验证机械能守恒定律的实验中,误差的一部分来自于空气阻力及纸带和打点计时器限3位孔之间的摩擦,故重力势能的减少应等于动能增加量和克服阻力做功之和,所以此题在计算结果上肯定是重力势能减少得多,动能增加得少 (5)在实验误差允许范围内,机械能守恒 6.在用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中,得到如图所示的一条纸带。起始点O点到A、B、C、D、E各点的
6、距离分别为 、 、 、 、 。如果重物的质量为m,打点计时AhBCDhE器所用电源的频率为f,则在打B、D两点时,重物的速度 = 。BvDv如果选择起始点的位置为零势能参考点,则在打B、D两点时重物的机械能,若在误差允许的范围内 则说明重物在下落过程中DB机械能守恒。 答案: 2CAhf2EChf2218()CABmfhgh= 18()Dmfg7.某同学在探究”验证机械能守恒定律”时按如图所示安装好实验装置,正确进行实验操作,从打出的纸带中选出符合要求的纸带,如图所示。图中O点为打点起始点,且速度为零 。(1)选取纸带上打出的连续点A、B、C、,测出其中E、F、G点距打点起始点O的距离分别为
7、、1h、 已知重锤质量为m,当地重力加速度为g,打点计时器打点周期为T。为验证此实验过2h3程中机械能是否守恒,需要计算出从打下O点到打下F点的过程中,重锤重力势能的减少量 p= ,动能的增加量 k= (用题中所给字母表示)。 E4(2)以各点到起始点的距离h为横坐标,以各点速度的平方 为纵坐标建立直角坐标系,用实验2v测得的数据绘出 -h图线,如图所示,该图象说明了 。 2v(3)从 -h图线求得重锤下落的加速度g= m/s 。(保留三位有效数字) 2v 2解析:(1)重锤重力势能的减少量 p 动能的增加量 k 。 E2mghE231()8mhT(2)当物体自由下落时,只有重力做功,物体的重
8、力势能和动能互相转化,机械能守恒。 (3)由 可知图象的斜率表示重力加速度g的2倍,为求直线的斜率,可在直线取两个1mhv距离较远的点,如(25. .0)、(35. .0),则 .241052107 270512(34)9kg90 m/ 。 2s答案:见解析 拓展探究8.某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。弧形轨道末端水平,离地面的高度为H,将钢球从轨道的不同高度h处静止释放,钢球的落点距轨道末端的水平距离为s。 (1)若轨道完全光滑 与h的理论关系应满足 (用H、h表示)。 2s 2s(2)该同学经实验测量得到一组数据,如下表所示: 5请在坐标纸上作出 -h关系图。 2s(3)小
9、球与轨道的摩擦及空气阻力可忽略不计,根据所作的图象可得出的实验结论是: 。 解析:(1)小球从斜面下滑时只有重力做功,由机械能守恒得 21mvgh从水平桌面飞出来时做平抛运动: 水平方向有:s=vt;竖直方向有: 。 21hgt由以上三式可得: 。 24sH(2)根据表中的数据描点所作的图象如图所示。 (3)由上面的推导可知该图象是在机械能守恒的条件下,才有 该图象作出来为一条直2sh线,因此根据图象可知:小球在下落的过程中机械能是守恒的。 答案:见解析 9.用气垫导轨装置验证机械能守恒定律,先非常仔细地把导轨调成水平,然后如图所示用垫块把导轨一端垫高H。滑块m上面装l=3 cm的挡光框,使它
10、由轨道上端任一处滑下 ,测出它通过光电门 和 时的速度 和 就可以算出它由 到 这段过程中动能的增加量1G21v21G2 k= ; 再算出重力势能的减少量 p=mgh;比较 k与 p的大小,E()EE便可验证机械能是否守恒。 6(1)滑块的速度 和 如何求出?滑块通过 时的高度h如何求出? 1v21G(2)若测得图中L=1 m,s=0.5 m,H=20 cm,m=500 g,滑块通过 和 的时间分别为5. s12G201和2. 当地重力加速度g=9.80 m/s 试判断机械能是否守恒。 02s 2解析:因为挡光框宽度很小,而滑块通过挡光框的时间极短,故可以认为滑块在挡光框间做匀速运动,则通过两挡光框时的平均速度就等于通过 和 两位置的瞬时速度 ;由相12 tlv似三角形可得 解得 ,H、L、s都是事先设定的。 hHsLHm/s =0.6 m/s 2130t5lvm/s =1.5 m/s 22t0l动能增加量 k E211()mv代入数据得 k=0.473 J .5 m=0.1 m 021HLhs重力势能减少量 p=mgh 代入数据得 p=0.490 J E故在实验误差允许的范围内可认为机械能守恒。 答案:见解析7
