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2019-2020年高中物理 第七章 第9節(jié) 實驗 驗證機械能守恒定律練習(xí) 新人教版必修2 1．(溫州十校聯(lián)合體xx～xx學(xué)年高一下學(xué)期聯(lián)考)在“驗證機械能守恒定律”實驗中，紙帶將被釋放瞬間的四種情況如照片所示，其中最合適的是(　　) 答案：D 2．(海岳中學(xué)xx～xx學(xué)年高一下學(xué)期期末)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，下面列出一些實驗步驟： A．用天平稱出重物和夾子的重量 B．把重物系在夾子上 C．將紙帶穿過計時器，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，再把紙帶向上拉，讓夾子靠近打點計時器靜止 D．把打點計時器接在學(xué)生電源的交流輸出端，把輸出電壓調(diào)至6V(電源不接通) E．把打點計時器固定在桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直線上 F．在紙帶上選取幾個點，進(jìn)行測量和記錄數(shù)據(jù) G．用秒表測出重物下落時間 H．接通電源，待計時器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶 I．切斷電源 J．更換紙帶，重新進(jìn)行兩次 K．在三條紙帶中選出較好的一條 L．進(jìn)行計算，得出結(jié)論，完成報告 M．拆下導(dǎo)線，整理器材 以上步驟中，不必要的有________，正確步驟的合理順序是________(填寫字母)。 答案：AG；EDBCHIJMKFL 解析：只為了驗證機械能守恒，沒必要稱量重物的質(zhì)量。打點計時器本身就是計時儀器，不再需要秒表。 3．(鄂南、黃石、鄂州三校xx～xx學(xué)年高一下學(xué)期聯(lián)考)某同學(xué)做驗證機械能守恒定律實驗時，不慎將一條挑選出的紙帶一部分損壞，損壞的是前端部分。剩下的一段紙帶上各相鄰點間的距離已測出標(biāo)在圖中，單位是cm。打點計時器工作頻率為50Hz，重力加速度g取9.8m/s2。 (1)重物在2點的速度v2＝________，在5點的速度v5＝________，此過程中動能增加量ΔEk＝________，重力勢能減少量ΔEp＝________。由以上可得出實驗結(jié)論________________________________。 (2)根據(jù)實驗判斷下列圖中正確的圖象是(其中ΔEk表示物體動能的變化量，Δh表示物體下落的高度) 答案：(1)1.50m/s　2.075m/s　1.03mJ　1.06mJ　在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒　(2)C 解析：(1)根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律，可以求出重物在2點的速度v2＝m/s＝1.50m/s和重物在5點的速度v5＝m/s＝2.075m/s，所以動能增加量為ΔEk＝v－v＝1.03mJ，重力勢能減少量為ΔEp＝mgh25＝m×9.8×(3.2＋3.6＋4.0)×10－2J＝1.06mJ，由以上可得出實驗結(jié)論為：在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒。 (2)物體機械能守恒，應(yīng)有物體減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為增加的動能，即ΔEk＝mgΔh，可見物體增加的動能與下落的距離成正比，選項C正確。 4．利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖所示： (1)實驗步驟： ①將氣墊導(dǎo)軌放在水平面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平； ②用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度為l＝9.30mm。 ③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離s＝________cm。 ④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已能過光電門2； ⑤從數(shù)字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間Δt1和Δt2； ⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m。 (2)用表示直接測量量的字母寫出下列所示物理量的表達(dá)式； ①滑塊通過光電門1和光電門2的瞬時速度分別為v1＝________和v2＝________。 ②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1＝________和Ek2＝________。 ③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝________(重力加速度為g)。 (3)如果ΔEp＝________，則可認(rèn)為驗證了機械能守恒定律。 答案：(1)③60.00(答案在59.96～60.04之間的也可) (2)①　　②(M＋m)()2 (M＋m)()2?、踡gs (3)Ek2－Ek1 解析：(1)距離s＝80.30cm－20.30cm＝60.00cm。 (2)①由于擋光條寬度很小，因此可以將擋光條通過光電門時的平均速度當(dāng)成瞬時速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測量，擋光時間Δt可從數(shù)字計時器讀出。因此，滑塊通過光電門1和光電門2的瞬時速度分別為v1＝，v2＝。 ②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)的總動能分別為Ek1＝(M＋m)v＝(M＋m)()2； Ek2＝(M＋m)v＝(M＋m)()2。 ③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝mgs。 (3)如果在誤差允許的范圍內(nèi)ΔEp＝Ek2－Ek1，則可認(rèn)為驗證了機械能守恒定律。 能力提升 1．我國艦載飛機在“遼寧艦”上成功著艦后，某課外活動小組對艦載飛機利用阻攔索著艦的力學(xué)問題很感興趣。他們找來了木板、鋼球、鐵釘、橡皮條以及墨水，制作了如圖所示的裝置，準(zhǔn)備定量研究鋼球在橡皮條阻攔下前進(jìn)的距離與被阻攔前速率的關(guān)系。要達(dá)到實驗?zāi)康?，需直接測量的物理量是鋼球由靜止釋放時的________和在橡皮條阻攔下前進(jìn)的距離，還必須增加的一種實驗器材是________。忽略鋼球所受的摩擦力和空氣阻力，重力加速度已知，根據(jù)________定律(定理)，可得到鋼球被阻攔前的速率。 答案：高度(距水平木板的高度)　刻度尺　機械能守恒(動能) 解析：本題用實驗情景考查機械能守恒定律。 設(shè)鋼球釋放點距水平木板的高度為h，由機械能守恒定律(或動能定理)得 mgh＝mv2 v＝ 要求鋼球被阻攔前的速度v，只要知道h，因此需再加的實驗器材是刻度尺，用以測量h。 2．(江蘇啟東中學(xué)xx～xx學(xué)年高一下學(xué)期期末)某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05s閃光一次，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實際距離，該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如下表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2kg，計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)： 時刻 t2 t3 t4 t5 速度(m·s－1) 4.99 4.48 3.98 (1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5＝________m/s； (2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增量ΔEp＝________J，動能減少量ΔEk＝________J； (3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗證了機械能守恒定律。由上述計算得ΔEp______ΔEk(選填“>”“<”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要原因是_____________ ___________________________________________________________。 答案：(1)3.48　(2)1.24　1.28　(3) <　存在空氣阻力 解析：(1)t5時刻小球的速度v5＝×10－2m/s＝3.48m/s； (2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增量ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2J＝1.24J，動能減少量ΔEk＝mv－mv＝1.28J； (3)ΔEp<ΔEk，造成這種結(jié)果的主要原因是上升過程中存在空氣阻力。 3．(遼寧省實驗中學(xué)、東北育才中學(xué)、大連二十高xx～xx學(xué)年高一下學(xué)期期末聯(lián)考)“驗證機械能守恒定律”的實驗可以采用如圖所示的甲或乙方案來進(jìn)行。 (1)比較這兩種方案，________(選填“甲”或“乙”)方案好些。 (2)下圖是某種方案得到的一條紙帶，測得每兩個計數(shù)點間距離如圖所示，已知每兩個計數(shù)點之間的時間間隔T＝0.1s，物體運動的加速度a＝________m/s2；該紙帶是采用________(選項“甲”或“乙”)實驗方案得到的。 (3)下圖是采用甲方案時得到的一條紙帶，在計算圖中N點速度時，幾位同學(xué)分別用下列不同的方法進(jìn)行，其中正確的是(　　) A．vN＝gnT　　　　　　 B．vN＝ C．vN＝ D．vN＝g(n－1)T 答案： (1)甲　(2)4.83m/s2　乙　(3)BC 解析：(1)比較甲、乙兩種方案，乙方案中產(chǎn)生的阻力對實驗的影響大于甲方案，因此應(yīng)選的方案是甲。 (2)由題意得：a＝＝4.83m/s，所以該紙帶是采用乙實驗方案得到的。 (3)計算N點速度應(yīng)通過實驗得到的紙帶，經(jīng)測量計算得出，所以應(yīng)選B、C。 4．某同學(xué)利用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。該同學(xué)經(jīng)正確操作得到打點紙帶，在紙帶后段每兩個計時間隔取一個計數(shù)點，依次為1、2、3、4、5、6、7，測量各計數(shù)點到第一個打點的距離h，并正確求出打相應(yīng)點時的速度v。各計數(shù)點對應(yīng)的數(shù)據(jù)見下表： 計數(shù)點 1 2 3 4 5 6 7 h(m) 0.124 0.194 0.279 0.380 0.497 0.630 0.777 v(m/s) 1.94 2.33 2.73 3.13 3.50 v2(m2/s2) 3.76 5.43 7.45 9.80 12.25 (1)請在圖乙坐標(biāo)中，描點作出v2－h(huán)圖線； (2)由圖線可知，重錘下落的加速度g′＝________m/s2(保留三位有效數(shù)字)； (3)若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2，根據(jù)作出的圖線，能粗略驗證自由下落的重錘機械能守恒的依據(jù)是________。 答案：(1)作出v2－h(huán)圖線如圖 (2)9.75(答9.69～9.79均給分) (3)圖線為通過坐標(biāo)原點的一條直線，斜率的一半與g基本相等(不交代“通過坐標(biāo)原點”也給分)