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第4章 章末检测
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分)
1.大型拱桥的拱高为h,弧长为L,如图 ( http: / / www.21cnjy.com )1所示,质量为m的汽车在以不变的速率v由A点运动到B点的过程中,以下说法正确的是 ( )www-2-1-cnjy-com
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图1
A.由A到B的过程中,汽车的重力势能始终不变,重力始终不做功
B.由A到B的过程中,汽车的重力势能的增量为零,重力的总功等于零
C.汽车的重力势能先增大后减小,总的变化量为0,重力先做正功,后做负功,总功为零
D.汽车的重力势能先增大后减小,上坡时重力做负功,下坡时做正功,总功为零
2.下列说法正确的是 ( )
A.物体的机械能守恒,一定是只受重力和弹簧弹力的作用
B.物体处于平衡状态时,机械能定恒
C.物体的动能和重力势能之和增大时,必定是有重力以外的力对物体做了功
D.物体的动能和重力势能在相互转化过程中,一定是通过重力做功来实现
3.下列关于能量守恒定律的认识正确的是 ( )
A.某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加
B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械——永动机不可能制成
D.石子从空中落下,最后静止在地面上,说明机械能消失了
4.一个人站在阳台上,从阳台边缘以 ( http: / / www.21cnjy.com )相同的速率v0分别把三个质量相同的球竖直上抛、竖直下抛、水平抛出,不计空气阻力,则三球落地时的动能 ( )
A.上抛球最大 B.下抛球最大
C.平抛球最大 D.一样大
5.如图2所示,一轻绳的一端系在固定 ( http: / / www.21cnjy.com )的粗糙斜面上的O点,另一端系一小球.给小球一足够大的初速度,使小球在斜面上做圆周运动,在此过程中 ( )
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图2
A.小球的机械能守恒
B.重力对小球不做功
C.绳的张力对小球不做功
D.在任何一段时间内,小球克服摩擦力所做的功总是等于小球动能的减少
6.质量为m的物体从静止开始以的加速度竖直下落h高度的过程中,下列说法中正确的是
( )
A.物体的机械能守恒
B.物体的机械能减少
C.物体的重力势能减少
D.物体克服阻力做功为
7.如图3所示,在抗洪救灾中,一架直升 ( http: / / www.21cnjy.com )机通过绳索,用恒力F竖直向上拉起一个漂在水面上的木箱,使其由水面开始加速上升到某一高度.若考虑空气阻力而不考虑空气浮力,则在此过程中,以下说法正确的有 ( )
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" INCLUDEPICTURE "../../../../s387.TIF" \* MERGEFORMAT
图3
A.力F所做功减去克服阻力所做的功等于重力势能的增量
B.木箱克服重力所做的功等于重力势能的增量
C.力F、重力、阻力三者合力所做的功等于木箱动能的增量
D.力F和阻力的合力所做的功等于木箱机械能的增量
8.半径为R的圆桶固定在 ( http: / / www.21cnjy.com )小车上,有一光滑小球静止在圆桶的最低点,如图4所示.小车以速度v向右匀速运动,当小车遇到障碍物突然停止时,小球在圆桶中上升的高度不可能
( )
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" INCLUDEPICTURE "../../../../S388.TIF" \* MERGEFORMAT
图4
A.等于 B.大于
C.小于 D.等于2R
9.质量相同的小球A和B分别悬挂在 ( http: / / www.21cnjy.com )长为l0和2l0的不可伸长的绳上.如图5所示,先将小球拉至同一水平位置(绳张紧)从静止释放,当两绳竖直时,则 ( )21世纪教育网版权所有
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图5
A.两球速度一样大 B.两球的动能一样大
C.两球的机械能一样大 D.两球所受的拉力一样大
10.如图6所示,木块m ( http: / / www.21cnjy.com )放在光滑的水平面上,一颗子弹水平射入木块中,子弹受到的平均阻力为f,射入深度为d,此过程中木块移动了l,则 ( )
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图6
A.子弹损失的动能为fl
B.木块增加的动能为f(l+d)
C.子弹动能的减少等于木块动能的增加
D.子弹、木块组成的系统损失的机械能为fd
二、实验题(本题共2小题,共14分)
11.(6分)在“探究恒力做功与物 ( http: / / www.21cnjy.com )体动能变化的关系”的实验中,得到的纸带如图7所示,小车的运动情况可描述为:A、B之间为________运动;C、D之间为________运动,应选________来计算小车的速度v.21教育网
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图7
12.(8分)使用如图8甲所示的 ( http: / / www.21cnjy.com )装置验证机械能守恒定律,打出一条纸带如图乙所示.图乙中O是打出的第一个点迹,A、B、C、D、E、F……是依次打出的点迹,量出OE间的距离为l,DF间的距离为s,已知打点计时器打点的周期是T=0.02 s.
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图8
(1)上述物理量如果在实验误差允许的范围内满足关系式______,即验证了重物下落过程中机械能是守恒的.21cnjy.com
(2)如果发现图乙中OA距离大约是 ( http: / / www.21cnjy.com )4 mm,则出现这种情况的原因可能是__________________________,如果出现这种情况,上述的各物理量间满足的关系式可能是________.www.21-cn-jy.com
三、计算题(本题共4小题,共46分)
13.(10分)如图9所示 ( http: / / www.21cnjy.com ),质量不计的轻杆一端安装在水平轴O上,杆的中央和另一端分别固定质量均为m的小球A和B(可以看作质点),杆长为l,现将轻杆从静止水平释放,不计空气阻力,当轻杆通过竖直位置时,小球A、B的速度是多少?21·世纪*教育网
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图9
14.(10分)如图10所示, ( http: / / www.21cnjy.com )质量为m的自行车特技运动员(可视为质点)从B点由静止出发,经BC圆弧,从C点竖直冲出,完成空翻,完成空翻的时间为t.由B到C的过程中,克服摩擦力做功为W.空气阻力忽略不计,重力加速度为g,试求:自行车特技运动员从B到C至少做多少功?2·1·c·n·j·y
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图10
15.(12分)如图11所示,质量为M=0. ( http: / / www.21cnjy.com )2 kg 的木块放在水平台面上,水平台面比水平地面高出h=0.2 m,木块距水平台面的右端L=1.7 m.质量为m=0.1M的子弹以v0=180 m/s的速度水平射向木块,当子弹以v=90 m/s的速度水平射出时,木块的速度为v1=9 m/s(此过程作用时间极短,可认为木块的位移为零).若木块落到水平地面时的落地点到水平台面右端的水平距离为l=1.6 m,求:(g取10 m/s2)【来源:21·世纪·教育·网】
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图11
(1)木块对子弹所做的功W1和子弹对木块所做的功W2;
(2)木块与水平台面间的动摩擦因数μ.
16.(14分)如图12所示,光滑斜 ( http: / / www.21cnjy.com )轨和光滑圆轨相连,固定在同一竖直面内,圆轨的半径为R,一个小球(可视为质点),从离水平面高h处由静止自由下滑,沿斜轨进入圆轨.求:
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图12
(1)为了使小球在圆轨内做圆周运动的过程中始终不脱离圆轨,h应至少多高?
(2)若小球到达圆轨最高点时圆轨对小球的压力大小恰好等于它自身重力大小,那么小球开始下滑时的h是多大?21·cn·jy·com
答案
1.BD 2.CD 3.ABC 4.D 5.C 6.BD 7.BCD 8.B 9.CD 10.D
11.加速直线 匀速直线 CD段
12.(1)gl= (2)先释放纸带,后接通电源 gl<
13. 2
14.W+mg2t2
15.(1)-243 J 8.1 J (2)0.5
16.(1)R (2)3R
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训练2 研究机械能守恒定律(一)
——机械能守恒定律及其应用
[概念规律题组]
1.物体在平衡力作用下运动的过程中,下列说法正确的是 ( )
A.机械能一定不变
B.物体的动能保持不变,而势能一定变化
C.若物体的势能变化,机械能一定变化
D.若物体的势能变化,机械能不一定变化
2.如图1所示,用一轻绳 ( http: / / www.21cnjy.com )系一小球悬于O点.现将绳拉直使小球处于水平位置,然后静止释放,不计阻力.小球下落到最低点的过程中,下列表述正确的是 ( )21教育网
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图1
A.小球的机械能守恒
B.小球所受的合力不变
C.小球的动能不断减小
D.小球的重力势能增加
3.一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落,到最低点时距水面还有数米距离.
假定空气阻力可忽略,运动员可视为质点,下列说法正确的是 ( )
A.运动员到达最低点前重力势能始终减小
B.蹦极绳张紧后的下落过程中,弹力做负功,弹性势能增加
C.蹦极过程中,运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒
D.蹦极过程中,重力势能的改变与重力势能零点的选取有关
4.两个质量不同的小铁块A和B,分别从 ( http: / / www.21cnjy.com )高度相同且都光滑的斜面和圆弧斜面的顶点滑向底部,如图2所示,如果它们的初速度都为零,则下列说法正确的是 ( )
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图2
A.下滑过程中重力所做的功相等
B.它们到达底部时动能相等
C.它们到达底部时速率相等
D.它们在下滑过程中各自机械能不变
5.从离地高度为H的阳台上以速度v竖直 ( http: / / www.21cnjy.com )向上抛出质量为m的物体,它上升h后又返回下落,最后落在地面上,则下列说法中正确的是(不计空气阻力,以地面为参考平面)( )
A.物体在最高点时机械能为mg(H+h)
B.物体落地时的机械能为mg(H+h)+mv2
C.物体落地时的机械能为mgH+mv2
D.物体在落回过程中,经过阳台时的机械能为mgH+mv2
6.把质量为3 kg的石块从20 ( http: / / www.21cnjy.com )m高的山崖上以与水平方向成30°角斜向上方抛出(如图3所示),抛出的初速度v0=5 m/s,石块落地时的速度大小与下面哪些量无关(g取10 m/s2,不计空气阻力) ( )
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图3
A.石块的质量
B.石块初速度的大小
C.石块初速度的仰角
D.石块抛出时的高度
[方法技巧题组]
7.如图4所示,具有一定初速度v的物块, ( http: / / www.21cnjy.com )在沿倾角为30°的粗糙斜面向上运动的过程中,受一个恒定的沿斜面向上的拉力F作用,这时物块的加速度大小为5 m/s2,方向沿斜面向下,g取10 m/s2,那么在物块向上运动的过程中,下列说法正确的是 ( )21世纪教育网版权所有
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图4
A.物块的机械能一定增加
B.物块的机械能一定减少
C.物块的机械能不变
D.物块的机械能可能增加,也可能减少
8.如图5所示,地面上竖直放一根轻弹簧,其下端和地面固定连接,一物体从弹簧正上方距弹簧一定高度处自由下落,则 ( )
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图5
A.物体和弹簧接触时,物体的动能最大
B.与弹簧接触的整个过程,物体的动能和弹簧弹性势能的和不断增大
C.与弹簧接触的整个过程,物体的动能与弹簧弹性势能的和先增大后减小
D.物体在反弹阶段,动能一直增加,直到物体脱离弹簧为止
9.如图6所示,在水平台面上的A点,一个质量为m的物体以初速度v0被抛出,不计空气阻力,求它到达B点时速度的大小.21cnjy.com
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图6
10.如图7所示,一固定在竖直平面内 ( http: / / www.21cnjy.com )的光滑的半圆形轨道ABC,其半径R=0.5 m,轨道在C处与光滑的水平地面相切,在地面上给一物块某一初速度v0,使它沿CBA运动,且通过A点水平飞出.求水平初速度v0需满足什么条件?(g取10 m/s2)
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图7
[创新应用]
11.如图8所示,质量为m的物体,以某一初速度从A点向下沿光滑的轨道运动,不计空气阻力,若物体通过轨道最低点B时的速度为3,求:21·cn·jy·com
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图8
(1)物体在A点时的速度大小;
(2)物体离开C点后还能上升多高.
答案
1.C 2.A 3.ABC 4.CD 5.ACD 6.AC 7.C 8.C
9.
10.不小于5 m/s
11.(1) (2)3.5R
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第4章 能量守恒与可持续发展
训练1 势能的变化与机械功
[概念规律题组]
1.某游客领着孩子游泰山时,孩子不小心将 ( http: / / www.21cnjy.com )手中的皮球滑落,球从A点滚到了山脚下的B点,高度标记如图1所示,则下列说法正确的是 ( )
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图1
A.从A到B的曲线轨迹长度不知道,无法求出此过程中重力做的功
B.从A到B过程中阻力大小不知道,无法求出此过程中重力做的功
C.从A到B重力做功mg(H+h)
D.从A到B重力做功mgH
2. 关于重力势能,下列说法中正确的是 ( )
A.物体的位置一旦确定,它的重力势能的大小也随之确定
B.物体与零势能面的距离越大,它的重力势能也越大
C.一个物体的重力势能从-5 J变化到-3 J,重力势能变小了
D.重力势能的减少量等于重力对物体做的功
3.如图2所示,在离地面高为H处将质量为m ( http: / / www.21cnjy.com )的小球以初速度v0竖直上抛,取抛出位置所在的水平面为参考平面,则小球在最高点和落地处重力势能分别为 ( )
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" INCLUDEPICTURE "../../../../s269.TIF" \* MERGEFORMAT
图2
A.mg,0
B.mv,-mgH
C.mv,mgH
D.mv,mgH+mv
4.关于弹性势能和重力势能,下列说法正确的是 ( )
A.重力势能和弹性势能都是系统所共有的
B.重力势能是相对的,弹性势能是绝对的
C.重力势能和弹性势能都是相对的
D.重力势能和弹性势能都是状态量
5.如图3所示,质量相等的两木块中间连有一 ( http: / / www.21cnjy.com )弹簧,开始时物体A静止在弹簧上面.今用力F缓慢向上提A,直到B恰好离开地面.设开始时弹簧的弹性势能为Ep1,B刚要离开地面时,弹簧的弹性势能为Ep2,则关于Ep1、Ep2大小关系及弹性势能变化ΔEp说法中正确的是 ( )
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" INCLUDEPICTURE "../../../../s285.TIF" \* MERGEFORMAT
图3
A.Ep1=Ep2 B.Ep1>Ep2
C.ΔEp>0 D.ΔEp<0
6.物体在某一运动过程中,重力对它做了40 J的负功,下列说法中正确的是 ( )
A.物体的高度一定升高了
B.物体的重力势能一定减少了40 J
C.物体重力势能的改变量不一定等于40 J
D.物体克服重力做了40 J的功
[方法技巧题组]
7.一根弹簧的弹力—弹簧形 ( http: / / www.21cnjy.com )变量图线如图4所示,那么弹簧由伸长量为8 cm到伸长量为4 cm 的过程中,弹力做的功和弹性势能的变化量分别为 ( )
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" INCLUDEPICTURE "../../../../s287.TIF" \* MERGEFORMAT
图4
A.3.6 J,-3.6 J B.-3.6 J,3.6 J
C.1.8 J,-1.8 J D.-1.8 J,1.8 J
8.一个100 g的球从1.8 m的高 ( http: / / www.21cnjy.com )处落到一个水平板上又弹回到1.25 m的高度,则整个过程中重力对球所做的功及球的重力势能的变化是(g=10 m/s2) ( )
A.重力做功为1.8 J
B.重力做了0.55 J的负功
C.球的重力势能一定减少0.55 J
D.球的重力势能一定增加1.25 J
9.一质量为m的物体被人用手由静止竖直向上以加速度a匀加速提升h.关于此过程,下列说法中不正确的是 ( )
A.提升过程中手对物体做功m(a+g)h
B.提升过程中合外力对物体做功mah
C.提升过程中物体的重力势能增加m(a+g)h
D.提升过程中物体克服重力做功mgh
10.质量为m的跳高运动员,先后用 ( http: / / www.21cnjy.com )跨越式和背越式两种跳高方式跳过某一高度,如图5所示.设横杆的高度比他起跳时的重心高出h,则他在起跳过程中做的功 ( )
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" INCLUDEPICTURE "../../../../s272.TIF" \* MERGEFORMAT
图5
A.都一定大于mgh
B.都不一定大于mgh
C.用背越式不一定大于mgh,用跨越式一定大于mgh
D.用背越式一定大于mgh,用跨越式不一定大于mgh
11.如图6所示,一颗人造地球卫星绕地球沿椭圆轨道运动,则 ( )
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" INCLUDEPICTURE "../../../../S273.TIF" \* MERGEFORMAT
图6
A.卫星在A点的重力势能比在B点的重力势能大
B.卫星在B点的重力势能比在A点的重力势能大
C.卫星在A、B两点的重力势能相等
D.条件不足,无法比较
12.世界著名撑杆跳高运动员乌克兰 ( http: / / www.21cnjy.com )名将布勃卡身高1.83 m,体重80 kg,他曾多次打破撑杆跳高的世界纪录,目前仍保持着6.14 m的室外世界纪录.请你探究以下两个问题(g取10 m/s2):21世纪教育网版权所有
(1)他跳过6.14 m时,至少克服重力做多少功?
(2)他的重力势能改变了多少?
[创新应用]
13.在水平地面上放置一轻质弹簧,有一物体在 ( http: / / www.21cnjy.com )弹簧的正上方自由落下(如图7所示),在物体压缩弹簧速度减为零时(选地面为零势能参考平面) ( )
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com" INCLUDEPICTURE "../../../../s283.TIF" \* MERGEFORMAT
图7
A.物体的重力势能最小
B.物体的重力势能最大
C.弹簧的弹性势能最大
D.弹簧的弹性势能最小
答案
1.D 2.D 3.B 4.ACD 5.A 6.AD 7.C 8.C 9.C 10.C 11.B
12.(1)4 180 J (2)增加了4 180 J
13.AC
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训练2 研究机械能守恒定律(二)
——实验探究:验证机械能守恒定律
1.用自由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒定律的实验中,下列物理量中需要测量的有 ( )
A.重物的质量
B.重力加速度
C.重物下落的高度
D.与重物下落高度对应的重物的瞬时速度
2.在验证机械能守恒定律的实验中,对于自由下落的重物,下列说法正确的是 ( )
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,使纸带随同重物运动时不致被扭曲
3.用自由落下的重物和打点计 ( http: / / www.21cnjy.com )时器验证机械能守恒定律,就是看mv是否等于mghn(n为计数点的编号0、1、2…n).下列说法中正确的是 ( )21·cn·jy·com
A.打点计时器打第一个点0时,重物的速度为零
B.hn是计数点n到起始点0的距离
C.必须测量重物的质量
D.用vn=gtn计算vn时,tn=(n-1)T(T为打点周期)
4.在“验证机械能守恒定律”的实验中, ( http: / / www.21cnjy.com )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/s2,测得所用重物的质量为1.00 kg.甲、乙、丙三位同学分别用同一装置打出三条纸带,量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18 cm、0.19 cm和0.25 cm.可见其中肯定有一位同学在操作上有错误,错误操作是______________.若按实验要求正确地选出纸带进行测量,测得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图1所示(相邻计数点时间间隔为0.02 s).那么:www-2-1-cnjy-com
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图1
(1)纸带的________(选填“左”或“右”)端与重物相连;
(2)打点计时器打下计数点B时,重物的速度vB=________;
(3)从起始点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是ΔEp=________,此过程中重物动能的增加量ΔEk=________;www.21-cn-jy.com
(4)通过计算,数值上ΔEp________ΔEk(选填“>”“=”或“<”),这是因为
________________________________________________________________________;
(5)实验的结论是__________________________________________________________.
5. 现要通过实验验证机械能守恒定律. ( http: / / www.21cnjy.com )实验装置如图2所示:水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连;遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上的B点有一光电门,可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t.用d表示A点到导轨底端C点的距离,h表示A与C的高度差,b表示遮光片的宽度,s表示A、B两点间的距离,将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度.用g表示重力加速度.完成下列填空和作图:2-1-c-n-j-y
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图2
(1)若将滑块自A点由静止释放,则在滑块从A ( http: / / www.21cnjy.com )运动至B的过程中,滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减少量可表示为________________,动能的增加量可表示为__________.若在运动过程中机械能守恒,与s的关系式为=____________.
(2)多次改变光电门的位置,每次均让滑块自同一点(A点)下滑,测量相应的s与t值.结果如下表所示:
1 2 3 4 5
s/m 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400
t/ms 8.22 7.17 6.44 5.85 5.43
1/t2/(×104 s-2) 1.48 1.95 2.41 2.92 3.39
以s为横坐标,为纵坐标,在对应图3 ( http: / / www.21cnjy.com )位置的坐标纸中描出第1个和第5个数据点;根据5个数据点作直线,求得该直线的斜率k=__________×104 m-1·s-2(保留3位有效数字).21世纪教育网版权所有
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图3
由测得的h、d、b、M和m数值可以计算 ( http: / / www.21cnjy.com )出-s直线的斜率k0,将k和k0进行比较,若其差值在实际允许的范围内,则可认为此实验验证了机械能守恒定律.
6.某同学在“验证机械能守恒定律”时按如 ( http: / / www.21cnjy.com )图4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5所示.图中O点为打点起始点,且速度为零.21cnjy.com
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图4
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图5
(1)选取纸带上打出的连续点A、B ( http: / / www.21cnjy.com )、C、……,测出其中E、F、G点距起始点O的距离分别为h1、h2、h3,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ΔEp=________,动能的增加量ΔEk=________(用题中所给字母表示).21教育网
(2)以各点到起始点的距离h为横坐标 ( http: / / www.21cnjy.com ),以各点速度的平方v2为纵坐标建立直角坐标系,用实验测得的数据绘出v2-h图线,如图6所示,该图像说明了________________________________.【来源:21·世纪·教育·网】
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图6
(3)从v2-h图线求得重锤下落的加速度g=______m/s2.(保留三位有效数字)
答案
1.CD 2.D 3.AB
4.丙同学先放开纸带后接通电源 (1)左
(2)0.98 m/s (3)0.49 ( http: / / www.21cnjy.com ) J 0.48 J (4)> 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位孔之间的摩擦,故重力势能的减少量应等于动能的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21·世纪*教育网
(5)在实验误差允许范围内,机械能守恒
5.(1)gs (M+m) s (2)图像见解析 2.39
6.见解析
解析 (1)重锤重力势能的减少量ΔEp=mgh2,动能的增加量ΔEk=.
(2)当物体自由下落时,只有重力做功,物体的重力势能和动能互相转化,机械能守恒.
(3)由mgh=mv2可知题图的斜率表示重力加速度g的2倍,为求直线的斜率,可在直线上取两个距离较远的点,如(25.5×10-2,5.0)、(46.5×10-2,9.0),则g==×=9.52 m/s2.2·1·c·n·j·y
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