實驗六知能優(yōu)化演練

1、1. (2010高考安徽理綜卷)圖558利用圖示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時, 需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h.某班同學(xué)利用實驗得到的紙帶, 設(shè)計了以下四種測量方案. A. 用刻度尺測出物體下落的高度h, 并測出下落時間t, 通過vgt計算出瞬時速度vB. 用刻度尺測出物體下落的高度h, 并通過veq r(2gh)計算出瞬時速度C. 根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度, 等于這點前后相鄰兩點間的平均速度, 測算出瞬時速度, 并通過heq f(v2,2g)計算出高度D. 用刻度尺測出物體下落的高度h, 根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度等于這

2、點前后相鄰兩點間的平均速度, 測算出瞬時速度v以上方案中只有一種正確, 正確的是_. (填入相應(yīng)的字母)解析: 選D.選項A、B、C中利用機械能守恒計算速度或高度的方法是不妥當?shù)? 2. (2012寧波模擬)某同學(xué)在用落體法驗證機械能守恒定律時, 進行了以下步驟: a. 把電磁打點計時器固定在鐵架臺上, 用導(dǎo)線將打點計時器接在低壓交流電源上; b. 將連有重物的紙帶穿過打點計時器的限位孔, 提穩(wěn)紙帶并將重物靠近打點計時器; c. 釋放紙帶, 然后接通電源開關(guān), 打出一條紙帶; d. 更換紙帶, 重復(fù)b、c步驟, 選出點跡清晰符合要求的紙帶; e. 用公式veq r(2gh)求出速度, 驗證機械

3、能是否守恒. 以上的操作中, 你認為存在錯誤的步驟是_(只填步驟前序號). 解析: 應(yīng)當先接通電源開關(guān), 再釋放紙帶, 步驟c錯誤; 速度應(yīng)通過實驗測定, 而不能用公式veq r(2gh)求出, 原因是若利用公式, 則說明物體下落的加速度等于重力加速度, 則機械能一定守恒, 失去了驗證的意義, 所以步驟e錯誤. 答案: ce圖5593. (2010高考課標全國卷)圖559為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖. 現(xiàn)有的器材為: 帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平. 回答下列問題: (1)為完成此實驗, 除了所給的器材, 還需要的器材有_. (填入正確選項前的字母)A. 米尺

4、B. 秒表C. 012 V的直流電源D. 012 V的交流電源(2)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有_. (寫出兩個原因)解析: (1)打點計時器使用的電源為交流電源, 故應(yīng)選取012 V的交流電源, C錯誤, D正確; 利用米尺測量紙帶上各點間的距離, A正確. 本實驗中利用打點計時器作為計時工具, 所以不需要秒表, B錯誤. (2)實驗誤差的來源主要是紙帶在下滑的過程中需要克服摩擦力做功, 以及用米尺測量數(shù)據(jù)時讀數(shù)有誤差. 答案: (1)AD(2)紙帶和打點計時器之間有摩擦; 用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差4. “驗證機械能守恒定律”的實驗可以采用如圖5510所示的甲方案或乙方案來進行. 圖5

5、510(1)比較這兩種方案, _(選填“甲”或“乙”)方案好些, 理由是_. (2)如圖5511是該實驗中得到的一條紙帶, 測得每兩個計數(shù)點間的距離如圖所示, 已知每兩個計數(shù)點之間的時間間隔T0.1 s, 物體運動的加速度a_; 該紙帶是采用_(選填“甲”或“乙”)實驗方案得到的. 簡要寫出判斷依據(jù)_. 圖5511(3)如圖5512是采用甲方案得到的一條紙帶, 在計算圖中N點速度時, 幾位同學(xué)分別用下列不同的方法進行, 其中正確的是()圖5512A. vNgnTB. vNeq f(snsn1,2T)C. vNeq f(dn1dn1,2T) D. vNg(n1)T解析: (1)機械能守恒的前提是

6、只有重力做功, 實際操作的方案中應(yīng)該使摩擦力越小越好, 所以甲方案好. (2)處理紙帶數(shù)據(jù)時, 為了減小誤差一般采用逐差法, 即aeq f(DEABEFBC,6T2), 代入數(shù)值, 解得a4.8 m/s2(4.7 m/s24.9 m/s2均可). 該紙帶是采用乙實驗方案得到的, 這是因為物體運動的加速度比重力加速度小很多. (3)本實驗中速度不可用vgt或veq r(2gh)計算, 所以A、D錯, B、C項正確. 答案: (1)甲甲方案中摩擦力較小(2)4.8 m/s2乙物體運動的加速度a4.8 m/s2g(3)BC5. 在“驗證機械能守恒定律”的實驗中, 已知電磁打點計時器所用的電源的頻率為

7、50 Hz, 查得當?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2, 測得所用的重物質(zhì)量為1.00 kg.實驗中得到的一條點跡清晰的紙帶(如圖5513所示), 把第一個點記為O, 另選連續(xù)的四個點A、B、C、D作為測量的點, 經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.圖5513(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù), 可知重物由O點運動到C點, 重力勢能的減少量等于_J, 動能的增加量等于_J(取三位有效數(shù)字). (2)根據(jù)以上數(shù)據(jù), 可知重物下落時的實際加速度a_m/s2, a_g(填“大于”或“小于”), 原因是_.解析: (1)由題意知重物由O

8、點運動至C點, 下落的高度為hC77.76 cm0.7776 m, m1.00 kg, g9.80 m/s2, 所以重力勢能的減少量為EpmghC1.009.800.7776 J7.62 J.重物經(jīng)過C點的即時速度vC可由下式求出vCeq f(BD,2T)eq f(ODOB,2T)又因為T0.02 s、OD85.73 cm0.8573 m、OB70.18 cm0.7018 m所以vCeq f(0.85730.7018,20.02) m/s3.89 m/s故重物動能的增加量Ek為Ekeq f(1,2)mveq oal(2,C)eq f(1,2)1.00(3.89)2 J7.57 J.(2)根據(jù)C

9、DAB2aT2, CDODOC, ABOBOA, 代入數(shù)據(jù)得a9.75 m/s2g.實驗中重錘受空氣阻力, 紙帶受限位孔或打點計時器振針的阻力作用, 導(dǎo)致ag.答案: (1)7.627.57(2)9.75小于重錘受空氣阻力, 紙帶受限位孔或打點計時器振針的阻力6. 某同學(xué)做“驗證機械能守恒定律”實驗時不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分損壞了, 測出剩下的一段紙帶上的各個點間的距離如圖5514所示. 已知打點計時器的工作頻率是50 Hz, 重力加速度g9.8 m/s2.圖5514(1)利用這段紙帶說明重錘通過2、5兩點時機械能守恒. (2)分析說明為什么得到的結(jié)果是重力勢能減少量Ep稍大于重錘動

10、能的增加量Ek.解析: (1)根據(jù)勻變速直線運動某一時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度, 可分別求得紙帶上2、5兩點的速度如下: v2eq f(2.83.2102,20.02)m/s1.50 m/s, v5eq f(4.04.3102,20.02)m/s2.08 m/s2、5兩點間的距離: h25(3.23.64.0)102 m1.08101 m所以Ekeq f(1,2)mveq oal(2,5)eq f(1,2)mveq oal(2,2)1.04m(J), Ep1.06m(J)比較可得Ep和Ek近似相等, 即重錘減少的重力勢能近似等于重錘增加的動能, 可以認為機械能守恒定律成立.

11、(2)重錘下落的過程中要克服摩擦阻力做功, 從而損耗一部分機械能, 即Ep稍大于Ek.答案: 見解析7. (2012蕪湖模擬)某實驗小組利用如圖5515所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒. 圖5515(1)實驗前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平, 利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平？_(2)如圖5516所示, 用游標卡測得遮光條的寬度d_cm; 實驗時將滑塊從圖所示位置由靜止釋放, 由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間t1.2102 s, 則滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為_m/s.在本次實驗中還需要測量的物理量有: 鉤碼的質(zhì)量m、_和_(文字說明并用相應(yīng)的字母表示). 圖5516(

12、3)本實驗通過比較_和_在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等(用測量的物理量符號表示), 從而驗證系統(tǒng)的機械能守恒. 解析: (1)接通氣源, 將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上(不掛鉤碼), 若滑塊基本保持靜止, 則說明導(dǎo)軌是水平的(或取下鉤碼, 輕推滑塊, 滑塊基本能做勻速直線運動). (2)0.52; veq f(d,t)eq f(0.52102,1.2102)m/s0.43 m/s; 滑塊質(zhì)量M, 滑塊移動的位移s.(3)鉤碼的重力勢能的減小量mgs, 鉤碼和滑塊的動能增加量之和eq f(1,2)(mM)eq blc(rc)(avs4alco1(f(d,t)2.答案: 見解析8. (創(chuàng)新實驗探究)圖55

13、17某同學(xué)利用如圖5517所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律. 弧形軌道末端水平, 離地面的高度為H.將鋼球從軌道的不同高度h處由靜止釋放, 鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s.(1)若軌道完全光滑, s2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足s2_(用H、h表示). (2)該同學(xué)經(jīng)實驗測量得到一組數(shù)據(jù), 如下表所示: h(101m)2.003.004.005.006.00s2(101m2)2.623.895.206.537.78請在圖5518所示的坐標紙上作出s2h關(guān)系圖. 圖5518(3)對比實驗結(jié)果與理論計算得到的s2h關(guān)系圖線(圖中已畫出), 自同一高度靜止釋放的鋼球, 水平拋出的速率_(填“小于”或“大于”)理論值. (4)從s2h關(guān)系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率差十分顯著, 你認為造成上述偏差的可能原因是_. 解析: (1)根據(jù)機械能守恒定律, 可得離開軌道時速度為veq r(2gh), 由平拋運動知識可求得時間為t eq r(f(2H,g), 可得svteq r(4Hh), 從而s24Hh.(2)依次描點, 連線, 如圖所示. 注意不要畫成折線. (3)從圖