人教版物理必修二7.9实验:验证机械能守恒定律同步训练
一、单项选择题(下列选项中只有一个选项满足题意)
1.利用自由落体“验证机械能守恒定律”的实验中,下列说法正确的是( )
A.实验中可以不用天平测出重物的质量
B.实验时接通电源和释放纸带应同时进行
C.实验中选用重物的体积越大,实验误差一定越小
D.实验中把秒表测得的时间代入v=gt,计算重锤的速度
2.图示为某同学做验证机械能守恒定律实验的装置。实验结果显示,重锤重力势能的减少量总略大于动能的增加量,其主要原因是( )
A.重锤的密度过大
B.电源的电压不稳定
C.没有采用多次实验取平均值
D.存在空气阻力和纸带与限位孔之间的摩擦阻力
3.某同学设计的“验证机械能守恒定律”实验,操作步骤有:将打点计时器固定在铁?架台上;松开纸带,重物自由下落;更换纸带,重复实验几次;接通电源,打点计时器开始工作;将连接重物的纸带穿过打点计时器实验操作顺序正确的是
A.
B.
C.
D.
4.如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置.
关于该实验,下列说法中正确的是( )
A.电磁打点计时器使用低压直流电
B.可用公式计算重物的速度
C.实验时接通电源和释放纸带应同时进行
D.安装纸带时,应将纸带置于复写纸的下方
5.在用落体运动验证机械能守恒定律的实验中,根据纸带算出各点的速度v,量出下落距离h,则以为纵轴,以h为横轴,画出的图象应是下图所示中的哪个
A.
B.
C.
D.
二、多项选择题
6.在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列说法或做法正确的是
A.应该选用质量大、密度大的重物
B.验证机械能是否守恒必须先确定重力势能的参考平面
C.须用天平称重物的质量
D.物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v,不可以通过计算
7.某同学用如图甲所示的装置,来验证机械能守恒定律,下列说法正确的是
A.该实验中,重物应选用质量大、体积小、密度大的材料
B.该实验中,可以由公式v=gt求出打某点的纸带的速度
C.该实验中,应先接通电源后释放重物
D.该实验中,打点计时器接到电源的直流输出端上
8.如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带,有关尺寸在图中已注明。我们选中n点来验证机械能守恒定律,下面举出一些计算n点速度的方法,其中正确的是( )
A.vn=gnT
B.vn=g(n-1)T
C.
D.
三、实验探究题
9.在“验证机械能守恒定律”的一次实验中,重锤拖着纸带自由下落,在纸带上打出一系列的点,如图所示,已知相邻计数点的时间间隔为0.02s,回答以下问题:
(1)某同学用如图甲所示装置进行实验,得到如图乙所示的纸带,把第一个点(初速度为零)记作O点,测出点O、A间的距离为68.97cm,点A、C间的距离为15.24cm,点C、E间的距离为16.76cm,已知当地重力加速度为9.8m/s2,重锤的质量为m=1.0kg,则打点计时器在打O点到C点的这段时间内,重锤动能的增加量为________________J,重力势能的减少量为_____________。(保留两位有效数字)
(2)在实验中发现,重锤减少的重力势能__________重锤增加的动能(选填“大于”或“小于”或“等于”),其原因主要是因为________。
10.如图所示,某同学想利用滑块在倾斜气垫导轨上的运动来验证机械能守恒定律。实验步骤如下:
①将长为L、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高H,在导轨上靠右侧P点处安装一个光电门
②用20分度的游标卡尺测量滑块上遮光条的宽度d
③接通气源及光电计时器,将滑块从导轨靠近左端某处自由释放。测得滑块通过光电门时遮光时间为Δt。
阅读上面的实验步骤回答下列问题:
(1)实验中已知当地重力加速度为g,除上述步骤中测量的物理量之外,还需测量的物理量是________。
A.滑块的质量M
B.气垫导轨的倾斜角度θ
C.滑块释放处遮光条到光电门的距离x
D.滑块从开始运动至到达光电门所用的时间t
(2)请用题中所给的物理量及第(1)问中所选的物理量写出本实验验证机械能守恒的表达式__________。
11.用如图甲实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒.m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.下图给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点(图甲中未标出),计数点间的距离如图乙所示.已知m1=50g、m2=150g则(g取9.8m/s2,结果保留两位有效数字)
(1)在纸带上打下记数点5时的速度v=_______;
(2)在打点0~5过程中系统动能的增量△EK=________,系统势能的减少量△EP=________,由此得出的结论是_____________________________
(3)若某同学作出-h图象如图丙,则当地的实际重力加速度g=___________.
12.某实验小组“用落体法验证机械能守恒定律”,实验装置如图甲所示.实验中测出重物自由下落的高度h及对应的瞬时速度v,计算出重物减少的重力势能mgh和增加的动能mv2,然后进行比较,如果两者相等或近似相等,即可验证重物自由下落过程中机械能守恒.请根据实验原理和步骤完成下列问题:
(1)关于上述实验,下列说法中正确的是________.
A.重物最好选择密度较小的木块
B.重物的质量可以不测量
C.实验中应先接通电源,后释放纸带
D.可以利用公式v=来求解瞬时速度
(2)如图乙是该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带,纸带上的O点是起始点,选取纸带上连续的点A、B、C、D、E、F作为计数点,并测出各计数点到O点的距离依次为27.94
cm、32.78
cm、38.02
cm、43.65
cm、49.66
cm、56.07
cm.已知打点计时器所用的电源是50
Hz的交流电,重物的质量为0.5
kg,则从计时器打下点O到打下点D的过程中,重物减小的重力势能ΔEp=________
J;重物增加的动能ΔEk=________
J,两者不完全相等的原因可能是________________.(重力加速度g取9.8
m/s2,计算结果保留三位有效数字)
(3)实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计数点A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度v,以各计数点到A点的距离h′为横轴,v2为纵轴作出图象,如图丙所示,根据作出的图线,能粗略验证自由下落的物体机械能守恒的依据是______________________________________________.
13.某同学用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律"的实验。回答下列问题。
(1)已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,纸带上O点是打点计时器打下的第一个点,A、B、C、D、E是连续打出的五个点(O和A之间还有一些点未画出),它们到O点的距离如图乙所示。图中x1=9.51cm,x2(未知)、x3=15.71cm、x4=19.41cm、x5=23.47cm,重物下落的加速度大小为a=_______m/s2。
(2)若当地重力加速度大小g=9.80m/s2,根据以上数据可知,打点计时器打下计数点D时物体的速度为v0,则=____________m2/s2;重锤由O点运动到D点的过程中下落的距离为h,则ghD=________m/s3。(计算结果均保留三位有效数字)
(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离,根据纸带算出各点的速度。及物体下落的高度h.描绘v2—h图象如图丙所示,若选取的重物质量较大而密度不是很大,所受空气阻力会随重物的速度增大面明显增大,则v2—h图象可能是A、B、C中的_________________。
人教版物理必修二7.9实验:验证机械能守恒定律同步训练参考答案
1.A
【解析】
A.验证机械能守恒定律的表达式为:
消去质量得:
所以不需要测出物体的质量,A正确;
B.为了充分利用纸带,应先接通电源后释放纸带,B错误;
C.重物体积越大,重物所受空气阻力可能越大,实验误差越大,C错误;
D.重锤理论上在竖直方向上做自由落体运动:
代入机械能守恒定律化解得:
说明若实验中把秒表测得的时间代入v=gt,计算重锤的速度,相当于已知机械能守恒验证机械能守恒,无意义,应该利用打点计时器打出的纸带进行计算速度,D错误。
故选A。
2.D
【解析】
AD.重锤下落过程中,重锤的重力势能减小,一部分转化为重锤的动能,一部分克服阻力做功,所以重锤重力势能的减少量总略大于动能的增加量,而增大重锤密度,可以减小阻力带来的误差,A错误,D正确;
B.电源电压不稳定与该误差无关,B错误;
C.该误差为系统误差,多次求平均值无法减小系统误差,D错误。
故选D。
3.C
【解析】
根据实验原理与操作步骤一一分析:
首先是安装实验的器材,包括:将打点计时器固定在铁架台上;将连接重物的纸带穿过打点计时器;然后是接通电源,放开纸带,为了取得较好的实验效果,还要更换纸带,重复实验几次,最后是数据处理所以实验的步骤是:.
故选C.
4.D
【解析】
电磁打点计时器使用的是低压交流电,故A错误;公式是根据推导出来的,现在我们要验证机械能守恒,所以不能用机械能守恒推导公式计算,B错误;实验时为了获得更多数据,应先接通电源后释放纸带,C错误;安装纸带时,应将纸带置于复写纸的下方,D正确.
5.C
【解析】
从理论角度自由落体下落过程中,.整理得:,所以以为纵轴,h为横轴,画出的图象应是过原点的倾斜直线.故C项正确,ABD三项错误.
6.AD
【解析】
A、应该选用质量大、密度大的重物,阻力影响小,误差小,故选项A正确;
B、验证机械能守恒不需要确定零势能平面,只要验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等,故B错误;
C、验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等,两端都有质量,可以约去,所以不需要测出重锤的质量,故C错误;
D、该实验是验证机械能守恒定律的实验.因为我们知道自由落体运动只受重力,机械能就守恒.如果把重物的实际运动看成自由落体运动,再运用自由落体的规律求解速度,那么就不需要验证呢,故选项D正确.
7.AC
【解析】
实验时为了减小相对阻力的影响,重物应选用质量大、体积小、密度大的材料,故A正确.实验时通过来求解速度,不能根据v=gt求解瞬时速度,故B错误.实验时应先接通电源后释放重物,故C正确.打点计时器接到电源的交流输出端上,故D错误.故选AC.
8.CD
【解析】
AB.直接利用重力加速度g来计算n点速度,相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律,AB错误;
CD.匀变速直线运动某段时间内,平均速度等于中间时刻速度,所以n点的速度等于n-1到n+1两点间的平均速度,CD正确。
故选CD。
9.
大于
纸带和重锤运动过程中受到阻力的作用
【解析】
中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度,则点的速度大小
此过程中物体动能的增加量为
从起点到打下计数点的过程中物体的重力势能减少量为
。
]通过计算可以看出
这是因为纸带和重锤运动过程中受到阻力的作用。
10.
C
【解析】物块经过P点时的速度①;
斜面的倾角为θ,且②;
由机械能守恒定律:③;
故需要验证的表达式:④;
故还需测量滑块释放处遮光条到光电门的距离x。
11.2.4m/s
0.576J
0.588J
在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒
9.7m/s2
【解析】
第一空.根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度,可知打第5个点时的速度为:。
第二空.物体的初速度为零,所以动能的增加量为:△Ek=(m1+m2)v52?0=0.576J;
第三空.重力势能的减小量等于物体重力做功,故:△EP=W=(m2-m1)gh=0.588J;
第四空.由此可知动能的增加量和势能的减小量基本相等,因此在在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒。
第五空.题中根据机械能守恒可知,(m2-m1)gh=(m1+m2)v2,即有:v2=gh,所以v2?h图象中图象的斜率表示g,由图可知,斜率k=g
==4.85,故当地的实际重力加速度g=9.7m/s2。
12.BC
2.14
2.12
重物下落过程中受到阻力作用
图象的斜率等于19.52,约为重力加速度g的两倍,故能验证
【解析】
A、重物最好选择密度较大的铁块,受到的阻力较小,故A错误;
B、本题是以自由落体运动为例来验证机械能守恒定律,需要验证的方程是,因为我们是比较、的大小关系,故m可约去比较,不需要用天平测量重物的质量操作时应先接通电源,再释放纸带,故B正确.
C、释放纸带前,重物应靠近打点计时器.必须保证计时器的两限位孔在同一竖直线上,然后先接通电源,后释放纸带,故C正确;
D、不能利用公式来求解瞬时速度,否则体现不了实验验证,却变成了理论推导,故D错误.
.重力势能减小量
利用匀变速直线运动的推论
动能增加量
由于存在阻力作用,所以减小的重力势能大于动能的增加了;.根据表达式,则有
若图象的斜率为重力加速度的2倍时,即可验证机械能守恒,而图象的斜率
因此能粗略验证自由下落的物体机械能守恒.
13.9.75
1.88
1.90
C
【解析】
根据逐差法,利用纸带求解加速度,打点计时器所用电源的频率为50Hz,打点计时器打点周期T=0.02s,加速度
重物做匀加速直线运动,一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,打第D个标记点的瞬时速度为
因此
从打下计数点O到打下计数点D的过程中
ghD=9.80×19.41×10-2=1.90m2/s2
空气阻力随重物的速度增大而明显增大,下落相同的高度△h时,阻力做功逐渐增大,动能增加量减小,速度平方的增加量减小,故C正确。