高中物理人教版能力提升练习 必修二第7章　7.9验证机械能守恒定律 Word版含解析

1.(2019·西安模拟)某课外活动小组利用竖直上抛运动来验证机械能守恒定律:
(1)某同学用20分度的游标卡尺测量小球的直径,读数如图甲所示,小球直径为_______________cm。用如图乙所示的弹射装置将小球竖直向上抛出,先后通过光电门A、B,计时装置测出小球通过A、B的时间分别为2.55 ms、5.15 ms,由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为vA、vB,其中vA=__________m/s(保留两位有效数字);?
(2)用刻度尺测出光电门A、B间的距离h,已知当地的重力加速度为g,只需比较2gh与__________是否相等就可以验证机械能是否守恒(用题目中涉及的物理量符号来表示);?
(3)通过多次的实验发现,小球通过光电门A的时间越短,(2)中要验证的两数值相差越大,试分析实验中产生误差的主要原因:　_____________________。?
【解析】(1)小球的直径为d=10 mm+0.05×4 mm=10.20 mm=1.020 cm; vA== m/s=4.0 m/s;(2)分析实验的逆过程,即小球从B到A的运动情况,若动能的增加量和重力势能的减少量相等,则机械能守恒,重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为m-m,则比较2gh和-是否相等就可以验证机械能是否守恒;(3)由于受到空气阻力作用,小球通过光电门A的时间越短,速度越大,克服空气阻力做功越多。
答案:(1)1.020　4.0　(2)-　(3)速度越大,小球克服空气阻力做功越多
【补偿训练】
　　某同学设计了如图甲所示的实验装置来验证“机械能守恒定律”。一个电磁铁吸住一个小钢球,将电磁铁断电后,小钢球由静止开始向下加速运动。小钢球经过光电门,计时装置记录小钢球通过光电门1和光电门2的挡光时间分别为t1和t2,用刻度尺测得两光电门中心之间的距离为h,已知当地重力加速度为g。
(1)该同学用游标卡尺测量了小钢球的直径,结果如图乙所示,小钢球的直径d=__________cm。?
(2)小钢球通过光电门1时的速度大小为__________。?
(3)若上述测量的物理量满足关系式_______________,则机械能守恒定律得以验证(2、3问用所测物理量的字母表示)。?
【解析】(1)小钢球的直径d=5 mm+0.05 mm×4=0.520 cm。
(2)小钢球通过光电门1时的速度大小为v1=。
(3)若上述测量的物理量满足关系式m-m=mgh,即-52=2gh,则机械能守恒定律得以验证。
答案:(1)0.520　(2)　(3)-=2gh
2.(2019·郑州模拟)如图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置。现有器材为:带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平。
(1)为完成实验,还需要的器材有_____　。?
A.米尺　　　　　　　 B.0～6 V直流电源
C.秒表　　　　　 D.0～6 V交流电源
(2)某同学用图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示,相邻两点之间的时间间隔为0.02 s,根据纸带计算出打下D点时重物的速度大小为__________　m/s。(结果保留三位有效数字)?
(3)采用重物下落的方法,根据公式mv2=mgh验证机械能守恒定律,对实验条件的要求是_______________　,为验证和满足此要求,所选择的纸带第1、2点间的距离应接近__________　。?
(4)该同学根据纸带算出了相应点的速度,作出v2-h图象如图丙所示,则图线斜率的物理意义是?__________________________________________　。?
【解析】(1)通过打点计时器计算时间,不需要秒表,打点计时器应该与交流电源连接,需要刻度尺测量纸带上两点间的距离,故A、D正确,B、C错误。
(2)由图可知CE间的距离为x=19.41 cm-12.40 cm=7.01 cm=0. 0701 m,则由平均速度公式得D点的速度vD== m/s≈1.75 m/s。
(3)用公式mv2=mgh时,对纸带上起点的要求是重物是从初速度为零开始下落,打点计时器的打点频率为50 Hz,打点周期为0.02 s,重物开始下落后,在第一个打点周期内重物下落的高度h=gT2=×9.8×0.022 m≈2 mm,所以所选的纸带最初两点间的距离接近2 mm。
(4)由机械能守恒mgh=mv2得v2=2gh,由此可知图象的斜率k=2g。
答案:(1)A、D　 (2)1.75　(3)重物的初速度为零　2 mm　 (4)当地重力加速度的2倍
3.(2020·南宁模拟)在“验证机械能守恒定律”的实验中,小明同学利用传感器设计实验:如图,将质量为m、直径为d的金属小球在一定高度h由静止释放,小球正下方
固定一台红外线计时器,能自动记录小球挡住红外线的时间t,改变小球下落高度h,进行多次重复实验。此方案验证机械能守恒定律方便快捷。
(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示,则小球的直径d=__________　mm。?
(2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒,应作下列哪一个图象__________　。?
A.h -t图象　　　　　　 B.h -图象
C.h -t2图象 D.h -图象
(3)若(2)问中的图象斜率为k,则当地的重力加速度为__________　(用“d”“k”表示,忽略空气阻力)。?
【解析】(1)螺旋测微器的固定刻度为17.5 mm,可动刻度为30.5×0.01 mm=
0.305 mm,所以最终读数为17.5 mm+0.305 mm=17.805 mm。
(2)已知小球挡住红外线的时间、小球的直径;则可以由平均速度表示经过红外线计时器的速度;所以v= ,若减小的重力势能等于增加的动能时,可以认为机械能守恒;mgh=mv2,整理得h=()2,为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒,所以应作h -图象,故选D。
(3)根据函数h=()2可知正比例函数的斜率k=,故重力加速度g=。
答案:(1)17.805　(2)D　(3)