第八章机械能守恒定律第五节实验:验证机械能守恒定律强化训练(含解析)
一、单选题
1.下列有关高中物理力学实验的描述中,正确的是( )
A.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中打点计时器应使用低压直流电源
B.在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中体现了等效替代思想的运用
C.在“探究平抛运动的特点”的实验中,坐标纸上必须标出小球刚开始做平抛运动的起始点
D.在“验证机械能守恒定律”的实验中,必须用天平测出物体的质量
2.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.
3.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
4.《验证机械能守恒定律》的实验中,对自由下落的重物,下述选择的条件哪种更为有利?( )
A.只要有足够重就可以
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,使纸带随同运动时不致扭曲
5.某位同学做利用自由落体运动“验证机械能守恒定律”的实验,下列操作步骤中错误的是( )
A.把打点计时器固定在铁架台上,用导线连接到低压交流电源
B.将连有重锤的纸带穿过限位孔,将纸带和重锤提升到一定高度
C.先释放纸带,再接通电源
D.更换纸带,重复实验,根据记录处理数据
6.在倾角为30°的斜面上,某人用平行于斜面的力把原来静止于斜面上的质量为2kg的物体沿斜面向上推了2m的距离,并使物体获得1m/s的速度,已知物体与斜面间的动摩擦因数为,g取10m/s2,则在这个过程中( )
A.物体机械能增加41J
B.摩擦力对物体做功20J
C.合外力对物体做功1J
D.物体重力势能增加40J
7.用图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验时,有以下操作,其中不正确的是
(填字母)
A.将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上
B.先放手让纸带和重物下落,再接通电源开关
C.使重物靠近打点计时器
D.所选择的纸带最开始两点间的距离应接近2mm
8.实验“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图所示,标尺盘中A、B、C、D为摆锤的四个位置,各点与最低点D的高度差已由计算机默认。某组同学在实验中,得到的图象如图所示。图象的横轴表示摆锤距D点的高度h,纵轴表示摆锤的重力势能、动能或机械能。下列说法错误的是( )
A.光电门传感器要分别放在D、C、B点进行重复操作
B.摆锤每次释放的高度要保持不变,且必须保证让摆锤的直径宽度遮挡红外发射孔
C.图线甲表示摆锤的机械能E
D.图线乙表示摆锤的机械能
9.如图所示,在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知打点计时器所用的交流电的频率为50Hz,查得当地的重力加速度g=10m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg,实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示。把第一个点记做O,另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点。经测得知道A、B、C、D各点到O点的距离为62.99cm、70.14cm、77.76cm、85.37cm。根据以上数据可知重物由O点运动到C点,重力势能的减少量等于___________J;C点的速度为_______m/s;(计算结果保留三位有效数字);但实验中总存在重力势能的减少量_______动能的增加量(填小于、等于、大于),则上述三个空的答案是( )
A.7.78 381 等于
B.7.78 3.81 大于
C.778 3.81 大于
D.7.78 3.81 等于
10.如图1所示,用重物牵引小车在水平面上由静止开始运动,小车后面连接纸带,打点计时器在纸带上打下一系列点。图2为一次实验得到的纸带,A、B、C为打点计时器在纸带上打下的三个点。下列说法正确的是( )
A.图2中的纸带的右端与小车相连
B.A到B和B到C两个过程中小车动能的变化量相等
C.若将小车的质量加倍,则小车的加速度一定减为原来的
D.重物的质量越大,绳上拉力与重物重力的比值越小
二、填空题
11.在“用实验系统研究机械能守恒定律”实验中使用__________传感器来测量小球通过该点的__________。
12.在《用自由落体验证机械能守恒定律》的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,测得当地的重力加速度g=9.8m/s2,测得所用重物的质量为1.00kg,实验中得到一点迹清晰的纸带(如图),把第一点记作O,另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点,经测量知道
A、B、C、D到O点的距离分别为62.99cm,70.18
cm,77.76
cm,85.73
cm,根据以上的数据,可知重物由O运动到C点,重力势能的减小量等于_______J,动能的增加量等于_______J,(取三位有效数字)你得出的结论是
______。
13.利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。
(1)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是____。
A.交流电源
B.刻度尺
C.天平(含砝码)
(2)实验中,先接通电源,再释放重物,得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点、、,测得它们到起始点的距离分别为、、。已知当地重力加速度为,打点计时器打点的周期为。设重物的质量为。从打点到打点的过程中,重物的重力势能变化量________,动能变化量_______。
(3)大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是______。
A.利用公式计算重物速度
B.利用公式计算重物速度
C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响
D.没有采用多次实验取平均值的方法
(4)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒∶在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2-h图像,并做如下判断∶若图像是一条过原点且斜率为______(用题中字母表示)的直线,则重物下落过程中机械能守恒。
14.某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图(a)所示:轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接.向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能.
(1)实验中涉及到下列操作步骤:
①把纸带向左拉直
②松手释放物块
③接通打点计时器电源
④向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量
上述步骤正确的操作顺序是__(填入代表步骤的序号).
(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果.打点计时器所用交流电的频率为50Hz.由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为__m/s.比较两纸带可知,__(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大.
参考答案
1.B
【解析】A.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,打点计时器应使用低压交流电源,A错误;
B.在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,体现了等效替代思想的运用,B正确;
C.在“探究平抛运动的特点”的实验中,描绘平抛运动轨迹,不一定非得标出平抛运动的起始点,C错误;
D.在“验证机械能守恒定律”的实验中根据
质量可以约掉,可以不测量物体的质量,D错误。
故选B。
2.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.
3.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.
4.D
【解析】重物密度大些,相对阻力的影响小一些,如果重物体积太小,纸带在运动过程中容易发生扭曲。
故选D。
5.C
【解析】A.打点计时器使用低压交流电源,所以实验时把打点计时器固定在铁架台上,用导线连接低压交流电源,A正确;
B.固定好打点计时器,将连有重物的纸带穿过限位孔,用手提住,将纸带和重锤提升到一定高度,尽量靠近打点计时器,B正确;
C.应先接通电源,然后释放重物,否则纸带开始阶段是空白,可能所采集的数据不够,而且浪费纸带,C错误;
D.重复几次,取得几条打点纸带,挑选一条清楚的纸带进行数据处理,D正确。
故选C。
6.C
【解析】C.对物体,合外力做功等于动能的增加量,为
故C正确;
D.物体重力势能增加为
故D错误;
A.物体机械能的增加量等于物体动能的增加量以及物体重力势能的增加量的总和,即
故A错误;
B.物体克服摩擦力做功为
则摩擦力对物体做功为,故B错误;
故选C。
7.B
【解析】A.将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上,可以减小纸带运动过程中的摩擦力,故A正确,故A项不合题意;
BC.手提纸带应使重物靠近打点计时器,可以提高纸带使用率,做实验时,应先接通电源,再释放纸带,故B错误,C正确,B项符合题意,C项不合题意;
D.如果为自由落体运动,则有:
知所选择的纸带最开始两点间的距离应接近2mm,故D正确,D项不合题意.
8.D
【解析】AB.光电门传感器要分别放在D、C、B点进行重复操作,利用光电门来测量各点的瞬时速度,注意摆锤每次释放的高度要保持不变,且必须保证让摆锤的直径宽度遮挡红外发射孔,故AB正确,不符合题意.
CD.小球在静止释放后,重力在做正功,重力势能不断减少,动能不断增加,通过观察图象b特点易知:丙表示重力势能,乙表示动能,甲表示机械能E,故C正确,不符合题意,D错误,符合题意.
故选D.
9.B
【解析】ABCD.重物下落过程中,重力势能的减小量等于重力做的功
匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速度,有
重物下落过程中需要克服空气阻力做功,由能量守恒可得重力势能的减少量大于动能的增加量,ACD错误,B正确。
故选B。
10.D
【解析】A.从图2可以看出,从左往右速度越来越大,所以图中的纸带的左端与小车相连,选项A错误;
B.A到B和B到C两个过程中下降高度不等,重力势能变化不等,根据能量守恒可知小车动能的变化量不相等,选项B错误;
C.以小车和重物整体有
若将小车的质量加倍,则小车的加速度不一定减为原来的,选项C错误;
D.以小车为研究对象有
则绳上拉力与重物重力的比值
所以重物的质量越大,绳上拉力与重物重力的比值越小,选项D正确。
故选D。
11.光电门
瞬时速度
【解析】在“用实验系统研究机械能守恒定律”实验中使用光电门传感器来测量小球通过该点的瞬时速度。
12.7.62
7.57
在误差允许范围内,物体在自由落体的过程中机械能守恒
【解析】
重力势能减小量为:△Ep=mgh=1.0×9.8×0.7776J=7.62J.
在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度,因此有:
所以动能增加量为:
由此得到的结论是:在误差允许的范围内物体的机械能守恒;
13.AB
mghB
C
2g
【解析】(1)[1]在下列器材中,还必须使用的两种器材是交流电源和刻度尺,故选AB;
(2)[2][3]从打点到打点的过程中,重物的重力势能变化量
动能变化量
(3)[4]大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是重物下落时存在空气阻力和摩擦阻力的影响,一部分重力势能转化为内能,故选C;
(4)[5]根据可得
则v2-h图像的斜率为k=2g
14.④①③②
1.29
M
【解析】(1)实验中应先向物块推到最左侧,测量压缩量,再把纸带向左拉直;先接通电源,稳定后再释放纸带;故步骤为④①③②;
(2)由M纸带可知,右侧应为与物块相连的位置;由图可知,两点间的距离先增大后减小;故2.58段时物体应脱离弹簧;则由平均速度可求得,其速度v==1.29m/s;
因弹簧的弹性势能转化为物体的动能,则可知离开时速度越大,则弹簧的弹性势能越大;由图可知,M中的速度要大于L中速度;故说明M纸带对应的弹性势能大;