7.9实验：验证机械能守恒定律（原卷版）.docx

7.9 实验：验证机械能守恒定律 一 夯实基础 1．在“验证机械能守恒定律”实验中，纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示，其中最合适的是(　　) 2．用图所示装置验证机械能守恒定律，由于电火花计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大的阻力，这样实验造成的结果是(　　) A．重力势能的减少量明显大于动能的增加量 B．重力势能的减少量明显小于动能的增加量 C．重力势能的减少量等于动能的增加量 D．以上几种情况都有可能 3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要直接测量的是(　　) A．重物的质量 B．重力加速度 C．重物下落的高度 D．重物下落某一高度所对应的瞬时速度 4．(多选)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．vn＝ D．vn＝ 5．在研究重物自由下落过程中机械能守恒的实验中，得到如图所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是最后面的一些点。算出打下B、C两点时重物的速度分别是vB、vC，测得B、C两点间的距离为h，那么验证机械能守恒的表达式可写为(　　) A．gh＝v－v B．gh＝v－v C．vC＝vB＋gT D．v＋v＝2gh 6．(多选)在“验证机械能守恒定律”的实验中，有关重物的质量，下列说法正确的是(　　) A．应选用质量较大的重物，使重物和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力 B．应选用质量较小的重物，使重物的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动 C．不需要称量重物的质量 D．必须称量重物的质量，而且要估读到0.01 g 7．用落体法验证机械能守恒定律的实验中得到如图所示纸带。根据纸带算出相关各点的速度v，测量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图象应是(　　) 8.在“验证机械能守恒定律”的实验中，有位同学按以下步骤进行实验操作： A.用天平称出重锤和夹子的质量 B.固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器 C.松开纸带，接通电源，开始打点，并如此重复多次，以得到几条打点的纸带 D.取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距离O点较近处选择几个连续计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值 E.测出各计数点到O点的距离，即得到重锤下落的高度 F.计算出mghn和mv，看两者是否相等 在以上步骤中，不必要的步骤是____________________. 有错误或不妥的步骤是____________.(填写代表字母) 更正情况： ①____________________________________________； ②____________________________________________； ③____________________________________________； ④____________________________________________. 二 提升训练 1.根据“验证机械能守恒定律”的实验回答下列问题. (1)关于本实验的叙述中，正确的有(　　) A.打点计时器安装时要使两限位孔位于同一竖直线上并安装稳定，以减小纸带下落过程中的阻力 B.需用天平测出重物的质量 C.打点计时器用四节干电池串联而成的电池组作为电源 D.用手托着重物，先闭合打点计时器的电源开关，然后释放重物 E.打出的纸带中，只要点迹清晰，就可以运用公式mgΔh＝mv2来验证机械能是否守恒 F.验证机械能是否守恒必须先确定重力势能的参考平面 (2)验证机械能是否守恒时，对于实验中计算某一点的速度，甲同学用v＝gt来计算，乙同学用vn＝来计算.其中________同学的计算方法符合实验要求.计算重力势能时，对于重力加速度g的数值，甲同学用9.8 m/s2代入，乙同学用通过对纸带分析计算出重物下落的实际加速度代入，丙同学用当地的实际重力加速度代入，其中________同学的做法是正确的. 2.(2019·浙江省温州市“十五校联合体”高一下学期期中)某同学做“验证机械能守恒定律”实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出并标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2。 (1)设重物质量为m(kg)，重物在2点的速度v2＝________，在5点的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________。由以上可得出实验结论： ________________________________。 (2)重物获得的动能往往________(A.大于　B．小于　C．等于)减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是________________。 (3)根据实验判断下列图象正确的是(其中ΔEk表示重物动能的变化量，Δh表示物体下落的高度)(　　) 3.利用如图所示实验装置来验证机械能守恒定律.通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门B时，毫秒计时器(图中未画出)记录下小铁球的挡光时间t.实验前调整光电门位置，使小铁球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光电门，当地重力加速度为g. (1)为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量的物理量是________. A.A点距地面的高度H B.A、B之间的距离h C.小铁球从A到B的下落时间tAB D.小铁球的直径d (2)小铁球通过光电门时的瞬时速度v＝____________；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式________是否成立即可(用实验中测得物理量的符号表示). 4．用如图甲所示的实验装置验证质量分别为m1、m2的物体组成的系统机械能守恒。物体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来验证机械能是否守恒。如图乙所示是实验中获取的一条纸带，0点是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点未画出，计数点间的距离如图所示。已知m1＝50 g，m2＝150 g，打点计时器的工作频率为50 Hz。(g取10 m/s2，结果保留两位有效数字) (1)下面列举了该实验的几个操作步骤： A．按照图示的装置安装器件 B．将打点计时器接到直流电源上 C．先释放m2，再接通电源打出一条纸带 D．测量纸带上某些点间的距离 E．根据测量的结果，分别计算系统减少的重力势能和增加的动能 其中操作不当的步骤是________(填选项对应的字母)； (2)在纸带上打下计数点5时的速度v＝________ m/s； (3)在打点0～5过程中系统动能的增加量ΔEk＝________ J，系统重力势能的减少量ΔEp＝________ J，由此得出的结论是____________________； (4)若某同学作出­h图象如图所示，写出计算当地重力加速度g的表达式________，并计算出当地的实际重力加速度g＝________ m/s2。 5．(2019·四川德阳二诊)为了验证矩形线框自由下落过程中上、下边经过光电门时机械能是否守恒，使用了如图所示的实验装置。已知矩形线框用直径为d的圆柱形材料做成，用刻度尺测出矩形线框上、下边之间的距离L。某次实验中矩形线框下边和上边先后经过光电门的挡光时间分别为Δt1和Δt2。 (1)通过实验可测出下、上边通过光电门的速度v1和v2，分别为v1＝________，v2＝________。 (2)如果满足关系式____________________(请用测量的物理量和已知量来表示，重力加速度为g)，则自由下落过程中线框的机械能守恒。 6.如图所示，某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律.频闪仪每隔0.05 s闪光一次，用毫米刻度尺测得相邻两个时刻小球上升的高度分别为h1＝26.3 cm，h2＝23.68 cm，h3＝21.16 cm，h4＝18.66 cm，h5＝16.04 cm，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表所示(当地重力加速度g＝9.80 m/s2，小球质量m＝0.10 kg)： 时刻 t2 t3 t4 t5 速度(m/s) 4.48 3.98 3.47 (1)上面测量高度的五个数据中不符合有效数字读数要求的是_______段，应记作_______cm. (2)由频闪照片上的数据计算t2时刻小球的速度v2＝________ m/s.(计算结果保留三位有效数字) (3)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝________ J，动能减少量ΔEk＝________ J.(计算结果保留三位有效数字) (4)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律.由上述计算所得ΔEp________ΔEk(选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是 ____________________________________________. 7.某探究小组想利用验证机械能守恒定律的装置测量当地的重力加速度，如图甲所示。框架上装有可上下移动位置的光电门1和固定不动的光电门2；框架竖直部分紧贴一刻度尺，零刻度线在上端，可以测量出两个光电门到零刻度线的距离x1和x2；框架水平部分用电磁铁吸住一个质量为m的小铁块，小铁块的重心所在高度恰好与刻度尺零刻度线对齐。切断电磁铁线圈中的电流时，小铁块由静止释放，当小铁块先后经过两个光电门时，与光电门连接的传感器即可测算出其速度大小v1和v2。小组成员多次改变光电门1的位置，得到多组x1和v1的数据，建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出图线的斜率为k。 (1)当地的重力加速度为________ (用k表示)。 (2)若选择光电门2所在高度为零势能面，则小铁块经过光电门1时的机械能表达式为________(用题中物理量的字母表示)。 (3)关于光电门1的位置，下面哪个做法可以减小重力加速度的测量误差(　　) A．尽量靠近刻度尺零刻度线 B．尽量靠近光电门2 C．既不能太靠近刻度尺零刻度线，也不能太靠近光电门2 8.利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示． (1)实验步骤： ①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平． ②用游标卡尺测量挡光条的宽度l＝9.30 mm. ③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x＝________cm. ④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2. ⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2. ⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量m0，再称出托盘和砝码的总质量m. (2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式： ①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________． ②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________． ③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝________(重力加速度为g)． (3)如果ΔEp＝________，则可认为验证了机械能守恒定律． 9