2022年高中物理 機(jī)械能守恒定律 第九節(jié) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課時作業(yè) 新人教版必修1

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1、2022年高中物理 機(jī)械能守恒定律 第九節(jié) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課時作業(yè) 新人教版必修1 一、選擇題 1.用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,下面哪些測量工具是必需的(  ) A.天平         B.彈簧測力計(jì) C.刻度尺 D.秒表 [解析] 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,需用刻度尺測量計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離,不需用天平測出重物的質(zhì)量,也不需用秒表和彈簧測力計(jì),故正確答案為C. [答案] C 2.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,對于自由下落的重物,下述選擇的條件哪種更為有利(  ) A.只要足夠重就可以 B.只要體積夠小就可以 C.既要足夠重,又要體積非常小 D.應(yīng)該密度大

2、些,還應(yīng)便于夾緊紙帶,使紙帶在運(yùn)動時不致扭曲 [解析] 利用重物下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒時,必須讓空氣阻力對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響越小越好,所以重物的密度越大,阻力相對重力越小,越有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差,同時還應(yīng)便于實(shí)驗(yàn)操作,故正確選項(xiàng)為C、D. [答案] CD 3.某位同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn),下列操作步驟中正確的是(  ) A.把電磁打點(diǎn)計(jì)時器固定在鐵架臺上,并用導(dǎo)線連接到低壓交流電源上 B.將連有重錘的紙帶穿過限位孔,將紙帶和重錘提升到一定高度 C.先釋放紙帶,再接通電源 D.更換紙帶,重復(fù)實(shí)驗(yàn),根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù) [解析] 在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時,應(yīng)先接通電源,后釋放

3、紙帶,以保證打第一個點(diǎn)時紙帶的初速度為零,故只有C錯誤,A、B、D均正確. [答案] ABD 4.在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時,發(fā)現(xiàn)重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動能,造成這種現(xiàn)象的原因是(  ) A.選用重錘的質(zhì)量過大 B.選用重錘的質(zhì)量過小 C.空氣對重錘的阻力和打點(diǎn)計(jì)時器對紙帶的阻力 D.實(shí)驗(yàn)時操作不仔細(xì),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確 [解析] 在重錘下落過程中,重錘需克服空氣的阻力及打點(diǎn)計(jì)時器對紙帶的阻力做功,重錘減少的重力勢能在克服阻力做功的過程中消耗掉一部分,因此重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動能,故只有C是正確的. [答案] C 5.如下圖所示,是用自由

4、落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時得到的一條紙帶,我們選中N點(diǎn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,下面舉出一些計(jì)算打N點(diǎn)時紙帶下落速度的方法,其中正確的是(T是打點(diǎn)周期)(  ) A.N點(diǎn)是第n個點(diǎn),則vn=gnT B.N點(diǎn)是第n個點(diǎn),則vn=g(n-1)T C.vn= D.vn= [解析] 在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使用測量值盡量接近真實(shí)值,只有C選項(xiàng)能達(dá)到此目的. [答案] C 6.在利用重物自由下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,產(chǎn)生誤差的主要原因是(  ) A.重物下落的實(shí)際高度大于測量值 B.重物下落的實(shí)際高度小于測量值 C.重物實(shí)際末速度v大于gt(g為重力加速度,t為下落時間) D.重物實(shí)際末速

5、度v小于gt [解析] 由于紙帶與重物同步運(yùn)動,故所測紙帶上兩點(diǎn)間距離與重物下落高度相同,A、B均錯;由于存在阻力作用,重物下落加速度a

6、__________.紙帶上第1、2兩點(diǎn)間的距離等于1.96 mm,則說明____________________;紙帶上第1、2兩點(diǎn)的間距小于1.96 mm則說明__________. [答案] ①點(diǎn)跡清晰?、邳c(diǎn)跡在一直線上 ③第一、二兩點(diǎn)間距接近2 mm 物體在打點(diǎn)時開始下落,物體在打點(diǎn)后開始下落 9.右圖為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.現(xiàn)有的器材為:帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平.回答下列問題: (1)為完成此實(shí)驗(yàn),除了所給的器材,還需要的器材有__________.(填入正確選項(xiàng)前的字母) A.米尺 B.停表 C.0~12 V的直流電源

7、 D.0~12 V的交流電源 (2)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有__________.(寫出兩個原因) [解析] (1)需要米尺來測量兩點(diǎn)之間的距離,電磁打點(diǎn)計(jì)時器需用交流電源,故選A、D. (2)①紙帶與電磁打點(diǎn)計(jì)時器之間存在摩擦阻力;②測量兩點(diǎn)之間距離時的讀數(shù)有誤差;③計(jì)算勢能變化時,選取的兩點(diǎn)距離過近;④交變電流頻率不穩(wěn)定.(選取兩個原因即可) [答案] (1)AD (2)見解析 10.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)步驟安排如下: A.把電磁打點(diǎn)計(jì)時器固定在鐵架臺上,并用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時器接在低壓交流電源上 B.將連有重物的紙帶穿過限位孔,用手提著紙帶,讓手盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時器 C.松開

8、紙帶,接通電源 D.更換紙帶,重復(fù)幾次,選點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測量 E.用天平測量重物的質(zhì)量m 在上述實(shí)驗(yàn)步驟中錯誤的是__________和__________,可有可無的是__________. [解析] B步驟中應(yīng)讓重物盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時器,而不是手靠近;C步驟中應(yīng)先接通電源,后釋放紙帶;E步驟可有可無,不稱量重物的質(zhì)量也可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. [答案] B C E 11.利用下圖甲所示的裝置做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn),按正確的實(shí)驗(yàn)操作得到幾條打上點(diǎn)跡的紙帶.通常要求從其中挑選頭兩點(diǎn)(即0、1兩點(diǎn))間距離接近2 mm的紙帶進(jìn)行測量.但一位同學(xué)未按此要求,卻選取了一條操作正確、

9、點(diǎn)跡清楚,但頭兩點(diǎn)(0與1點(diǎn))間的距離明顯小于2 mm的紙進(jìn)行標(biāo)點(diǎn)(標(biāo)出0、1、2、3……各實(shí)際點(diǎn)跡)、測量(測出各點(diǎn)與0點(diǎn)的高度差h1、h2、h3……),見圖乙,那么能否用它正確計(jì)算比較點(diǎn)n位置處的動能與重力勢能的對應(yīng)關(guān)系(n=2,3,4,…),即能否驗(yàn)證mv=mghn?__________,理由是____________________________________,列出點(diǎn)n處瞬時速度的計(jì)算式(應(yīng)用從紙帶上讀取的數(shù)據(jù))vn=__________. [解析] 本題的實(shí)驗(yàn)過程要求先接通電源,開啟打點(diǎn)計(jì)時器,在紙帶上記下初始位置.然后將紙帶、重錘系統(tǒng)適時地 由靜止釋放使之自由下落.所謂“適

10、時”,最理想的情況是在振針剛好打在紙帶上的一瞬間釋放,紙帶上的頭兩點(diǎn)的間隔就是自由落體在第一個0.02 s內(nèi)下落的位移,即 h1=gt=×9.8×(0.02)2 m=1.96 mm≈2 mm. 但這種情況的機(jī)會很少,通常是在振針兩次敲擊紙帶之間的某時刻松手釋放.但只要是由靜止釋放,運(yùn)動性質(zhì)仍然是自由落體,只是紙帶上頭兩點(diǎn)之間的距離h1由于所經(jīng)歷的時間小于0.02 s而較2 mm要短些.因此仍可以進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒的計(jì)算,即比較點(diǎn)n位置的動能mv與重力勢能減少量mghn的等量關(guān)系. 同樣道理,因下落高度h和速度都不能用理論計(jì)算值,而只能用實(shí)際測量值,故不從第一點(diǎn)開始,如從第3點(diǎn)到第8點(diǎn)

11、之間的紙帶也能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒,只要計(jì)算出勢能減少量是否等于對應(yīng)的動能增加量即可. [答案] 能 因?yàn)檫\(yùn)動性質(zhì)仍為自由落體運(yùn)動,只要將n=1的位置除外即可 12.如下圖甲所示,將包有白紙的圓柱棒替代紙帶和重物,蘸有顏料的毛筆固定在馬達(dá)上并隨之轉(zhuǎn)動,使之替代打點(diǎn)計(jì)時器.當(dāng)燒斷掛圓柱棒的線后,圓柱棒豎直自由落下,毛筆就在圓柱棒白紙上畫出記號,如下圖乙所示,測得記號之間的距離依次為26、42、58、74、90、106 mm,已知馬達(dá)銘牌上有“1440 r/min”字樣,請說明如何由此驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. [解析] 其方法如下: (1)由馬達(dá)銘牌“1440 r/min”算出毛筆畫的線距的時間間隔為 T== s≈0.04 s. (2)根據(jù)vn=算出任意選取的畫相鄰兩條線時圓柱棒的瞬時速度, vC= m/s=1.25 m/s, vD= m/s=1.65 m/s. 故ΔEk=mv-mv=m(v-v) =m×(1.652-1.252) J=0.58m J. 而-ΔEp=mg·CD=m×10×58×10-3 J=0.58m J,可見ΔEk=-ΔEp,這就驗(yàn)證了圓柱棒自由下落時,機(jī)械能是守恒的. [答案] 見解析

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