新教材2024高中物理第八章機械能守恒定律8.5實驗：驗證機械能守恒定律同步測試新人教版必修第二冊

第八章機械能守恒定律5試驗：驗證機械能守恒定律【基礎(chǔ)鞏固】1.(多選)某同學利用自由落體運動做驗證機械能守恒定律的試驗,下列操作步驟正確的是 ()A.把電磁打點計時器固定在鐵架臺上,并用導線連接到低壓交變電源上B.將連有重物的紙帶穿過限位孔,將紙帶和重物提升到肯定高度C.先釋放紙帶,再接通電源D.更換紙帶,重復(fù)試驗,依據(jù)記錄處理數(shù)據(jù)答案:ABD2.在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的試驗中,下列說法或做法正確的是 ()A.必需用停表測重物下落的時間B.選用質(zhì)量小的重物可減小試驗誤差C.試驗時必需先用天平測出重物的質(zhì)量D.試驗中不能用公式v=2gh求下落高度答案:D3.(多選)在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的試驗中,較為志向的紙帶具備的特點是 ()A.點跡小而清楚B.點跡粗長C.第一、二點間的距離接近2mmD.紙帶長度較長(80~100cm)解析:點跡小而清楚的紙帶在測量時產(chǎn)生的誤差小,選項A正確;試驗需驗證的關(guān)系是mgh=12mv2,其中h應(yīng)是從靜止起先下落的高度,而重物從靜止起先下落的第一個0.02s(打點時間間隔)內(nèi)所下落的高度為h1=12gt1答案:AC4.現(xiàn)有4條用打點計時器(電源頻率為50Hz)打出的紙帶,其中一條是做驗證機械能守恒定律試驗時打出的.為找出該紙帶,某同學在每條紙帶上取了點跡清楚、連續(xù)的4個點,用刻度尺測出相鄰兩個點間的距離依次為x1、x2、x3.已知當?shù)氐闹亓铀俣葹?.791m/s2.請你依據(jù)下列x1、x2、x3的測量結(jié)果確定該紙帶為 ()A.61.0mm、65.8mm、70.7mmB.41.2mm、45.1mm、53.0mmC.49.6mm、53.5mm、57.3mmD.60.5mm、61.0mm、60.6mm答案:C5.(多選)為驗證在自由落體過程中物體的機械能是守恒的,某同學設(shè)計了一個試驗,試驗裝置如圖所示,圖中A、B兩點分別固定了兩個速度傳感器,速度傳感器可以測出運動物體的瞬時速度.在試驗中測得一物體自由下落經(jīng)過A點時的速度是v1,經(jīng)過B點時的速度是v2,為了證明物體經(jīng)過A、B兩點時的機械能相等,這位同學又設(shè)計了以下幾個步驟,你認為其中不必要或者錯誤的是()A.用天平測出物體的質(zhì)量B.測出A、B兩點間的豎直距離C.利用12mv22-12mv1D.驗證v22-v1解析:物體重力勢能削減量為mgh,動能增加量為12mv22-12mv12,計算gh和12v22-答案:AC6.在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的試驗中:(1)從下列器材中選出試驗所必需的,其編號為.

A.打點計時器(含紙帶)B.重物C.天平 D.毫米刻度尺E.停表 F.運動小車(2)進行試驗時,為保證重物下落時初速度為0,應(yīng).

A.先接通電源,再釋放紙帶B.先釋放紙帶,再接通電源(3)下列說法正確的是.

A.試驗中用打點計時器時,肯定用到低壓直流電源B.選用重物時,同樣大小、形態(tài)的重物選重一點的比較好C.要選用第1、2兩點間的距離接近2mm的紙帶D.試驗結(jié)果總是動能增加量略小于重力勢能的削減量解析:(1)打點計時器(含紙帶)、重物是必需的,為了測量計數(shù)點間的距離,須要刻度尺;試驗通過比較mgh、12mv2的大小關(guān)系得出結(jié)論,而m可約去,所以不須要測出重物的質(zhì)量,不須要用天平;打點計時器本身可以計算時間,所以不須要停表;試驗用的是重物,不須要運動小車(2)起先試驗時,應(yīng)先給打點計時器通電打點,然后再釋放紙帶,以保證重物下落的初速度為0.(3)電火花計時器不用低壓電源,電磁打點計時器用低壓交變電源,選項A錯誤;為了減小空氣阻力的影響,在選擇重物時,要選擇密度大的,即選擇質(zhì)量大體積小的重物,選項B正確;由公式h=12gt2可知,若起先第1、2兩點間的距離約為2mm,則打第1個點時的速度約為0,這樣只需比較gh、12v總是動能增加量略小于重力勢能的削減量,選項D正確.答案:(1)ABD(2)A(3)BCD【拓展提高】7.圖甲是利用重物自由下落驗證機械能守恒定律的試驗裝置.甲(1)該試驗所用打點計時器的電源頻率為50Hz.如圖乙所示,A、B、C為從紙帶上選取的三個計數(shù)點,每相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個點未畫出,則每相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔T=s,打點計時器在打下計數(shù)點B時,物體的下落速度為vB=m/s(小數(shù)點后保留兩位有效數(shù)字).

乙(2)由于該試驗中存在阻力,所以試驗測得的重物的重力勢能的削減量(選填“<”“>”或“=”)動能的增加量.

解析:(1)每相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個點未畫出,則每相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔T=0.10s.依據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律,中間時刻的速度等于這段時間的平均速度得vB=xACtAC=2(2)由于紙帶和重物都受到阻力作用,重力勢能有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,所以重力勢能的削減量大于動能的增加量.答案:(1)0.102.36(2)>8.某同學利用豎直上拋的小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律.頻閃儀每隔0.05s閃光一次,圖中所標數(shù)據(jù)為實際距離,該同學通過計算得到不同時刻的速度如下表所示.當?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2,小球質(zhì)量m=0.2kg,結(jié)果保留三位有效數(shù)字.時刻t2t3t4t5速度/(m·s-1)5.595.084.58(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5=m/s.

(2)從t2到t5時間內(nèi),重力勢能增加量ΔEp=J,動能削減量ΔEk=J.

(3)在誤差允許的范圍內(nèi),若ΔEp與ΔEk近似相等,從而驗證了機械能守恒定律.由上述計算得ΔEp(選填“>”“<”或“=”)ΔEk,造成這種結(jié)果的主要緣由是

.

解析:(1)v5=19.14+21.660.(2)由題給條件知,h25=(26.68+24.16+21.66)cm=0.725m.ΔEp=mgh25=1.42J,ΔEk=12mv22-12mv(3)由(2)中知ΔEp<ΔEk,因為存在空氣阻力,所以重力勢能的增加量小于動能的削減量.答案:(1)4.08(2)1.421.46(3)<存在空氣阻力9.(2024·湖北卷)某同學設(shè)計了一個用拉力傳感器驗證機械能守恒定律的試驗.一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器,另一端連接小鋼球,如圖甲所示.拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放,使小鋼球在豎直平面內(nèi)搖擺,記錄小鋼球搖擺過程中拉力傳感器示數(shù)的最大值Tmax和最小值Tmin.變更小鋼球的初始釋放位置,重復(fù)上述過程.依據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標系中繪制的Tmax-Tmin圖像是一條直線,如圖乙所示.(1)若小鋼球搖擺過程中機械能守恒,則圖乙中直線斜率的理論值為.

(2)由圖乙得:直線的斜率為,小鋼球的重力為N.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

(3)該試驗系統(tǒng)誤差的主要來源是(單選,填正確答案標號).

A.小鋼球搖擺角度偏大B.小鋼球初始釋放位置不同C.小鋼球搖擺過程中有空氣阻力解析:(1)設(shè)小鋼球的質(zhì)量為m,擺長為L,最大擺角為θ,小鋼球到達最低點時的速度大小為v,小鋼球下擺過程機械能守恒,由機械能守恒定律有mg(L-Lcosθ)=12mv2,小鋼球到達最低點時細線拉力最大,設(shè)最大拉力為Fmax,由牛頓其次定律有Fmax-mg=mv2L,小鋼球到達最高點時細線拉力最小,設(shè)最小拉力為Fmin,此時小鋼球速度為零,則Fmin-mgcosθ=0,聯(lián)立以上各式可得Fmax=3mg-2Fmin(2)由題圖乙可知,圖像的斜率k=ΔFmaxΔFmin=1.35-1.Fmax=1.77N代入Fmax=3mg-2Fmin,可得mg=0.59N.(3)此試驗的系統(tǒng)誤差主要由空氣阻力引起,依據(jù)試驗過程的基本要求,使搖擺的角度大一些,或使小鋼球的初始位置不同,都是使試驗數(shù)據(jù)具有普遍性,故選項A、B錯誤,選項C正確.答案:(1)-2(2)-2.10.59(3)C【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】10.如圖甲所示,用包有白紙的質(zhì)量為1.00kg的圓柱替代紙帶和重物,蘸有顏料的毛筆固定在電動機上并隨之轉(zhuǎn)動,用其替代打點計時器.當燒斷懸掛圓柱的線后,圓柱自由下落,毛筆就在圓柱表面的紙上畫出記號,如圖乙所示,設(shè)毛筆接觸圓柱時不影響圓柱的運動.測得記號之間的距離依次為26.0mm、42.0mm、58.0mm、74.0mm、90.0mm、106.0mm;電動機銘牌上標有“1440r/min”的字樣,由此驗證機械能是否守恒.依據(jù)以上內(nèi)容,回答下列問題:甲乙(1)毛筆畫出相鄰兩條線的時間間隔T=s,圖乙中圓柱的(選填“左”或“右”)端是懸掛端.

(2)依據(jù)圖乙所給的數(shù)據(jù),g取9.8m/s2,可知毛筆畫下記號C時,圓柱下落的速度vC=m/s;畫下記號D時,圓柱下落的速度vD=m/s;從記號C到D圓柱動能的變更量為J,重力勢能的變更量為J,由此可得出的結(jié)論是.(結(jié)果均保留兩