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課時作業(yè) 二十三　實驗五： 驗證機械能守恒定律 (限時：45分鐘) (班級________　姓名________) 1．在做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，發(fā)現(xiàn)重物減少的重力勢能總是略大于重物增加的動能，造成這種現(xiàn)象的原因是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．選用的重物質(zhì)量過大 B．選用的重物質(zhì)量過小 C．空氣對重物的阻力和打點計時器對紙帶的阻力 D．實驗時操作不規(guī)范，實驗數(shù)據(jù)測量不準確 2．為驗證在自由落體過程中物體的機械能是守恒的，某同學利用實驗系統(tǒng)設計了一個實驗，實驗裝置如圖所示，圖中A、B兩點分別固定了兩個速度傳感器，速度傳感器可以測出運動物體的瞬時速度．在實驗中測得一物體自由下落經(jīng)過A點時的速度是v1，經(jīng)過B點時的速度是v2，為了證明物體經(jīng)過A、B兩點時的機械能相等，這位同學又設計了以下幾個步驟，你認為其中不必要或者錯誤的是(　　) 第2題圖 A．用天平測出物體的質(zhì)量 B．測出A、B兩點間的豎直距離 C．利用mv－mv算出物體從A點運動到B點的過程中動能的變化量 D．驗證vv與2gh是否相等 3．與打點計時器一樣，光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結構如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間．現(xiàn)利用圖所示裝置驗證機械能守恒定律．圖乙中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30，1和2是固定在斜面上適當位置的兩個光電門，與它們連接的光電計時器都沒有畫出．讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的光電計時器顯示的擋光時間分別為5.0010－2s、2.0010－2s.已知滑塊質(zhì)量為2.00 kg，滑塊沿斜面方向的寬度為5.00 cm，光電門1和2之間的距離為0.540 m，g＝9.80 m/s2，取滑塊經(jīng)過光電門時的速度為其平均速度．(結果保留三位有效數(shù)字) 　　　甲　　　　　　　　　　　　乙 第3題圖 (1)滑塊通過光電門1時的速度v1＝______m/s，通過光電門2時的速度v2＝______m/s； (2)滑塊通過光電門1、2之間的動能增加量為______J，重力勢能的減少量為______J. 4．某次“驗證機械能守恒定律”的實驗中，用6 V、50 Hz的打點計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖所示，O點為重錘下落的起點，選取的計數(shù)點為A、B、C、D，各計數(shù)點到O點的長度已在圖上標出，單位為毫米，重力加速度取9.8 m/s2，若重錘質(zhì)量為1 kg. (1)打點計時器打出B點時，重錘下落的速度vB＝____m/s，重錘的動能EkB＝______J. 第4題圖 (2)從開始下落算起，打點計時器打B點時，重錘的重力勢能減小量為______J. (3)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點的過程中，得到的結論是____________________________________________． 5．某同學用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．實驗所用的電源為學生電源，可以提供輸出電壓為6 V的交流電和直流電，交流電的頻率為50 Hz.重錘從高處由靜止開始下落，重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對紙帶上的點測量并分析，即可驗證機械能守恒定律． 甲 乙 (1)他進行了下面幾個操作步驟： A．按照圖示的裝置安裝器件 B．將打點計時器接到電源的“直流輸出”上 C．用天平測出重錘的質(zhì)量 D．先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶 E．測量紙帶上某些點間的距離 F．根據(jù)測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于其增加的動能 其中沒有必要進行的步驟是______，操作不當?shù)牟襟E是______．(填選項字母) (2)這位同學進行正確測量后挑選出一條點跡清晰的紙帶進行測量分析，如圖乙所示，其中O點為起始點，A、B、C、D、E、F為六個計數(shù)點．根據(jù)紙帶上的測量數(shù)據(jù)，可得出打B點時重錘的速度為______m/s.(保留3位有效數(shù)字) (3)他根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)算出各點的速度v，量出下落距離h，并以為縱軸、以h為橫軸，作畫出的h圖象，應是圖丙中的______． 　　　　　　丙　　　　　　　　　　　　　　丁 第5題圖 (4)他進一步分析，發(fā)現(xiàn)本實驗存在較大誤差，為此對實驗設計進行了改進，用如圖丁所示的實驗裝置來驗證機械能守恒定律：通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中經(jīng)過光電門B時，通過與之相連的毫秒計時器(圖中未畫出)記錄擋光時間t，用毫米刻度尺測出A、B之間的距離h，用游標卡尺測得小鐵球的直徑d.重力加速度為g.實驗前應調(diào)整光電門位置使小鐵球下落過程中球心通過光電門中的激光束．則小鐵球通過光電門時的瞬時速度v＝________．如果d、t、h、g滿足關系式________，就可驗證機械能守恒定律． (5)比較兩個方案，改進后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點是：________________________________________________________________________. 6．利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖所示． 第6題圖 (1)實驗步驟： ①將氣墊導軌放在水平面上，桌面高度不低于1 m，將導軌調(diào)至水平； ②用游標卡尺測量擋光條的寬度為l＝9.30 mm； ③由導軌標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通過光電門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)用表示直接測量的字母寫出下列所示物理量的表達式： ①滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1＝______和v2＝______． ②當滑塊通過光電門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減＝______(重力加速度為g)． (3)如果ΔEp減＝______，則可認為驗證了機械能守恒定律． 7．某實驗小組采用如圖甲所示的裝置來探究“功與速度變化的關系”，實驗中，小車經(jīng)過光電門時，鉤碼尚未到達地面． (1)實驗步驟如下： 第一步：用螺旋測微器測得擋光片的寬度d如圖所示，則d＝______mm. 第7題圖 第二步：把擋光片固定在小車上，把小車放到軌道上，用細線一端與小車連接，另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤． 第三步：保持軌道水平，在砝碼盤里放適量砝碼，讓小車由靜止開始做勻加速運動，釋放后，記錄光電門的擋光時間t，測出光電門距離擋光片前端的距離x. 第四步：小車仍由同一點靜止釋放，僅移動光電門，改變x，多次實驗并記錄數(shù)據(jù)． 第五步：關閉電源，通過分析小車位移與速度變化的關系來研究合外力做功與速度變化的關系． (2)實驗中，該小組同學通過研究小車位移x與擋光時間t的關系從而得到合外力做功與速度變化的關系，為了使圖象呈現(xiàn)線性關系，該組同學應作____圖象．(填序號) A．xt B．x C．xt2 D．x 課時作業(yè)(二十三)　實驗 五：驗證機械能守恒定律1.C　【解析】　造成題中所述誤差的主要原因是來自于各方面的阻力，選項C正確． 2．AC　【解析】　物體重力勢能減少量為mgh，動能增加量為mv－mv，計算gh和v－v，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)gh＝v－v，則機械能守恒定律得到驗證． 3．(1)1.00　2.50　(2)5.25　5.29　【解析】　(1)根據(jù)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度知，v1＝＝ m/s＝1.00 m/s，v2＝＝ m/s＝2.50 m/s. (2)滑塊通過光電門1、2之間的動能增加量ΔEk＝m(v－v)＝2(2.52－1)＝5.25 J，重力勢能的減少量ΔEp＝mgLsin30＝29.80.54＝5.29 J. 4．(1)1.17　0.68　(2)0.69　(3)機械能守恒　【解析】　(1)重錘下落的速度 vB＝＝1.17 m/s 重錘在打出B點時的動能 Ek＝mv＝11.172 J＝0.68 J. (2)打點計時器打B點時，重錘的重力勢能減小量 ΔEp減＝mghOB＝19.870.510－3 J＝0.69 J. (3)由(1)、(2)計算結果可知，重錘下落過程中，在實驗允許的誤差范圍內(nèi)，動能的增加量等于其重力勢能的減少量，機械能守恒． 5．(1)C　B　(2)1.84　(3)C　(4)　＝gh　(5)消除了紙帶與打點計時器間的摩擦影響，提高了測量的精確度，從而減小了實驗誤差　【解析】　(1)B：將打點計時器接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤，操作不當．C：因為我們是比較mgh、mv2的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒有必要．故答案為CB.(2)勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出B點的速度大小為：vB＝＝ m/s＝1.84 m/s.(3)他繼續(xù)根據(jù)紙帶算出各點的速度v，量出下落距離h，并以為縱軸、以h為橫軸畫出的圖象，根據(jù)＝gh知，圖線為過原點的傾斜直線，故選C.(4)光電門測速度的原理是用平均速度代替瞬時速度，因此有：v＝，由于＝gh，所以＝gh.(5)該實驗產(chǎn)生誤差的主要原因是空氣阻力以及紙帶與限位孔之間的摩擦力影響，因此實驗進行改正之后的主要優(yōu)點是：沒有紙帶與打點計時器間的摩擦影響，實驗誤差減小了． 6．(1)60.00(59.96～60.04)　(2)①　 ② (M＋m) ()2　(M＋m)()2 ③mgs　(3)Ek2－Ek1 【解析】　由于擋光條寬度很小，因此將擋光條通過光電門時的平均速度當作瞬時速度，擋光條的寬度l可用游標卡尺測量，擋光時間Δt可從數(shù)字計時器讀出，因此，滑塊通過光電門的瞬時速度為，由于質(zhì)量已用天平測出，所以，滑塊的動能就是已知數(shù)了．測出動能的增加值，測出重力勢能的減少值，如果兩者在誤差允許范圍內(nèi)相等，就驗證了機械能守恒定律． 7．(1)5.695(5.694～5.697)　(2)D　【解析】　(1)由螺旋測微器讀出整毫米數(shù)為5.5 mm，由可動刻度讀出毫米的小部分為19.50.01＝0.195 mm.則擋光片的寬度為d＝5.5 mm＋ 0．195 mm＝5.695 mm；(2)設勻加速運動的加速度為a，根據(jù)動能定理得：max＝mv2；其中v2＝()2解得：x＝，由于只改變x，則加速度a不變，為了使圖象呈現(xiàn)線性關系，該組同學應作x圖象，故D正確，ABC錯誤．故選D.