2019-2020年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第5講 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律題組訓(xùn)練 魯科版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第5講 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律題組訓(xùn)練 魯科版必修2 [時(shí)間：60分鐘] 1.用如圖1所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，由于電火花計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時(shí)受到較大的阻力，這樣實(shí)驗(yàn)造成的結(jié)果是(　　) 圖1 A．重力勢能的減少量明顯大于動(dòng)能的增加量 B．重力勢能的減少量明顯小于動(dòng)能的增加量 C．重力勢能的減少量等于動(dòng)能的增加量 D．以上幾種情況都有可能 2．如圖2是用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)得到的一條紙帶．有關(guān)尺寸在圖中已注明．我們選中n點(diǎn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．下面舉一些計(jì)算n點(diǎn)速度的方法，其中正確的是(　　) 圖2 A．n點(diǎn)是第n個(gè)點(diǎn)，則vn＝gnT B．n點(diǎn)是第n個(gè)點(diǎn)，則vn＝g(n－1)T C．vn＝ D．vn＝ 3.用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種．重物從高處由靜止開始下落，重物上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)的痕跡進(jìn)行測量，即能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律． 下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟： 圖3 A．按照圖示的裝置安裝器材； B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上； C．用天平測量出重物的質(zhì)量； D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開關(guān)打出一條紙帶； E．測量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離； F．根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算分析重物下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動(dòng)能． 指出其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E，將其選項(xiàng)對應(yīng)的字母填在下面的橫線上，并說明其原因： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 4．在用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某小組按照正確的操作選得紙帶如圖4.其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn)．用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中．(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2，重物質(zhì)量為m＝1 kg，計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字) 圖4 (1)圖中的三個(gè)測量數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是________段的讀數(shù)，應(yīng)記作________cm. (2)甲同學(xué)用重物在OB段的運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，他用AC段的平均速度作為B點(diǎn)對應(yīng)的瞬時(shí)速度vB，則求得該過程中重物的動(dòng)能增加量ΔEk＝________J，重力勢能的減少量ΔEp＝________J．這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使ΔEk________ΔEp(選填“>”、“<”或“＝”)． (3)乙同學(xué)根據(jù)同一條紙帶，同一組數(shù)據(jù)，也用重物在OB段的運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)O記為第1個(gè)點(diǎn)，圖中的B是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第9個(gè)點(diǎn)．因此他用v＝gt計(jì)算與B點(diǎn)對應(yīng)的瞬時(shí)速度vB，求得動(dòng)能的增加量ΔEk＝________J．這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使ΔEk________ΔEp(選填“>”、“<”或“＝”)． (4)上述兩種處理方法中，你認(rèn)為合理的是________同學(xué)所采用的方法．(選填“甲”或“乙”) 5．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，圖5(甲)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶，選取其中連續(xù)的計(jì)時(shí)點(diǎn)標(biāo)為A、B、C……G、H、I，對BH段進(jìn)行研究． (1)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50 Hz，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為________． (2)用刻度尺測量的距離如圖(乙)，讀出A、C兩點(diǎn)間距為________cm，B點(diǎn)對應(yīng)的速度vB＝________m/s(保留三位有效數(shù)字)． (3)若H點(diǎn)對應(yīng)的速度為vH，重物下落的高度為hBH，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，為完成實(shí)驗(yàn)，要比較v與________的大小(用字母表示)． 圖5 6．利用圖6裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)． 圖6 (1)除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶、復(fù)寫紙)、交流電源、鐵架臺、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的器材中，必須使用的還有________．(選填器材前的字母) A．大小合適的鐵質(zhì)重錘 B．體積較大的木質(zhì)重錘 C．刻度尺 D．游標(biāo)卡尺 E．秒表 (2)圖7是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶．在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC. 圖7 重錘質(zhì)量用m表示，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T.從打下O點(diǎn)到打下B點(diǎn)的過程中，重錘重力勢能的減少量|ΔEp|＝________，動(dòng)能的增加量ΔEk＝________. (3)在實(shí)驗(yàn)過程中，下列實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理正確的是________． A．釋放重錘前，使紙帶保持豎直 B．做實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放重錘 C．為測量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下某點(diǎn)時(shí)重錘的速度v，可測量該點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，再根據(jù)公式v＝計(jì)算，其中g(shù)應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣? D．用刻度尺測量某點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，利用公式mgh計(jì)算重力勢能的減少量，其中g(shù)應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣? (4)某同學(xué)在紙帶上選取計(jì)數(shù)點(diǎn)后，測量它們到起始點(diǎn)O的距離h，并計(jì)算出打相應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)重錘的速度v，通過描繪v2－h(huán)圖象去研究機(jī)械能是否守恒．若實(shí)驗(yàn)中重錘所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不變，從理論上分析，合理的v2－h(huán)圖象是下列圖中的________． 7．為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，岳口高中的金金設(shè)計(jì)了如圖8甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，并提供了如下的實(shí)驗(yàn)器材： A．小車 B．鉤碼 C．一端帶滑輪的木板 D．細(xì)線 E．電火花計(jì)時(shí)器 F．紙帶 G．毫米刻度尺 H．低壓交流電源 I．220 V的交流電源 圖8 (1)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)裝置和提供的實(shí)驗(yàn)器材，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中不需要的器材是________(填寫器材序號)，還應(yīng)補(bǔ)充的器材是________． (2)實(shí)驗(yàn)中得到了一條紙帶如圖乙所示，選擇點(diǎn)跡清晰且便于測量的連續(xù)7個(gè)點(diǎn)(標(biāo)號0～6)，測出0到1、2、3、4、5、6點(diǎn)的距離分別為d1、d2、d3、d4、d5、d6，打點(diǎn)周期為T.則打點(diǎn)2時(shí)小車的速度v2＝________；若測得小車質(zhì)量為M、鉤碼質(zhì)量為m，打點(diǎn)1和點(diǎn)5時(shí)小車的速度分別用v1、v5表示，已知重力加速度為g，則驗(yàn)證點(diǎn)1與點(diǎn)5間系統(tǒng)的機(jī)械能守恒的關(guān)系式可表示為________． (3)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，如果以為縱軸，以d為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出－d圖象，其圖線的斜率表示的物理量的表達(dá)式為________________． 答案精析 第5講　實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 1．A　[由于重物下落時(shí)要克服阻力做功，重物減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為重物的動(dòng)能和系統(tǒng)的內(nèi)能，故重力勢能的減少量大于動(dòng)能的增加量，A正確．] 2．CD　[vn應(yīng)表示從(n－1)到(n＋1)間的平均速度．C、D對，A、B錯(cuò)．] 3．BCD　原因見解析 解析　步驟B是錯(cuò)誤的，應(yīng)該接到電源的交流輸出端；步驟D是錯(cuò)誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶；步驟C不必要，因?yàn)楦鶕?jù)測量原理，重物的動(dòng)能和勢能中都包含了質(zhì)量m，可以約去． 4．(1)OC　15.70　(2)1.20　1.22　<　(3)1.23　>　(4)甲 解析　(1)毫米刻度尺讀數(shù)要估讀到毫米下一位，OC長度讀數(shù)到1毫米，不符合讀數(shù)要求．應(yīng)記作15.70 cm.(2)AC段的平均速度即B點(diǎn)瞬時(shí)速度vB＝＝≈1.55 m/s，則系統(tǒng)增加的動(dòng)能ΔEk＝mv≈1.20 J，重力勢能減少了ΔEp＝mg OB≈1.22 J，由于摩擦力的作用，部分重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以ΔEk<ΔEp.(3)B是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第9個(gè)點(diǎn)，所以B點(diǎn)的速度vB＝gt＝9.8080.02 m/s≈1.57 m/s，動(dòng)能的增加量ΔEk＝mv≈1.23 J，這樣做把加速度按照自由落體計(jì)算，沒有考慮摩擦力的作用，而實(shí)際上，由于摩擦力的作用，加速度aΔEp.(4)乙方案中直接把加速度按照重力加速度計(jì)算，不符合事實(shí)，而且誤差大，所以合理的是甲方案． 5．(1)0.02 s　(2)5.40　1.35　(3)v－ghBH 解析　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50 Hz，則每隔0.02 s打一點(diǎn)．(2)sAC＝(5.90－0.50)cm＝5.40 cm，vB＝＝m/s＝1.35 m/s.(3)由動(dòng)能定理有mghBH＝mv－mv，得＝－ghBH. 6．(1)AC　(2)mghB　　(3)ABD　(4)A 解析　(1)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)，需要盡量減小阻力，以使得減少的重力勢能接近增加的動(dòng)能，所以選擇鐵質(zhì)重錘而不是木質(zhì)重錘，這樣可以盡量減少阻力影響，即選項(xiàng)A對，B錯(cuò)；在計(jì)算速度時(shí)需要刻度尺測量點(diǎn)跡之間的距離以及下落的高度，所以選項(xiàng)C是必須的；而秒表不需要，只要查相鄰點(diǎn)的間隔即可得時(shí)間間隔，因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02秒打一個(gè)點(diǎn)，所以E錯(cuò)誤；有刻度尺測量點(diǎn)間距，而不需要游標(biāo)卡尺，選項(xiàng)D錯(cuò)．(2)O點(diǎn)到B點(diǎn)下落的高度為hB，所以減少的重力勢能為mghB，增加的動(dòng)能要計(jì)算B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，B為AC的中間時(shí)刻即等于AC的平均速度，所以vB＝，增加的動(dòng)能ΔEk＝mv＝.(3)為保證只有重力做功，釋放前紙帶豎直可減少紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔之間的摩擦，選項(xiàng)A對；實(shí)驗(yàn)過程先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放重錘，選項(xiàng)B對；速度的計(jì)算必須從紙帶數(shù)據(jù)來求，而不能根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)求速度，如果按照自由落體運(yùn)動(dòng)的速度來求解則減少的重力勢能一定等于增加的動(dòng)能，驗(yàn)證就沒有意義了，選項(xiàng)C錯(cuò)；計(jì)算減少的重力勢能mgh一定要按照當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葋碛?jì)算，選項(xiàng)D對．(4)若有恒定的阻力存在，則根據(jù)動(dòng)能定理可得(mg－f)h＝mv2，即＝2，所以圖象斜率為定值，而且過原點(diǎn)，對照選項(xiàng)A對． 7．(1)H　天平　(2) 或　mg(d5－d1)＝(M＋m)(v－v)　(3) 解析　(1)電火花計(jì)時(shí)器使用的是220 V交流電源，因此低壓交流電源用不著；另外還需要用到天平測出小車的質(zhì)量M；(2)打點(diǎn)2時(shí)的速度等于1～3或0～4間的平均速度，即v2＝或；根據(jù)機(jī)械能守恒，整個(gè)系統(tǒng)減小的重力勢能等于整個(gè)系統(tǒng)增加的動(dòng)能，即mg(d5－d1)＝(M＋m)(v－v) ；(3)根據(jù)mgd＝(M＋m)v2得：＝d，所以－d圖象的斜率表示的物理量的表達(dá)式為.