2024-2025學(xué)年新教材高中物理第八章機(jī)械能守恒定律5實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律訓(xùn)練含解析新人教版必修2

PAGE5-試驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律【基礎(chǔ)鞏固】1.(多選)某同學(xué)利用自由落體運(yùn)動(dòng)做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn),下列操作步驟正確的是 ()A.把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上,并用導(dǎo)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(yàn),依據(jù)記錄處理數(shù)據(jù)答案:ABD2.在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)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(shí)間B.選用質(zhì)量小的重物可減小試驗(yàn)誤差C.試驗(yàn)時(shí)必需先用天平測出重物的質(zhì)量D.試驗(yàn)中不能用公式v=2gh求下落高度h答案:D3.(多選)在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中,較為志向的紙帶具備的特點(diǎn)是 ()A.點(diǎn)跡小而清楚B.點(diǎn)跡粗長C.第一、二點(diǎn)間的距離接近2mmD.紙帶長度較長(80~100cm)答案:AC4.現(xiàn)有4條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(電源頻率為50Hz)打出的紙帶,其中一條是做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律試驗(yàn)時(shí)打出的.為找出該紙帶,某同學(xué)在每條紙帶上取了點(diǎn)跡清楚的、連續(xù)的4個(gè)點(diǎn),用刻度尺測出相鄰兩個(gè)點(diǎn)間的距離依次為x1、x2、x3.已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.791m/s2.請(qǐng)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.在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中:(1)從下列器材中選出試驗(yàn)所必需的,其編號(hào)為.

A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶)B.重物C.天平 D.毫米刻度尺E.停表 F.運(yùn)動(dòng)小車(2)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),為保證重物下落時(shí)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(yàn)中用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),肯定用到低壓直流電源B.選用重物時(shí),同樣大小、形態(tài)的重物選重一點(diǎn)的比較好C.要選用第1、2兩點(diǎn)間的距離接近2mm的紙帶D.試驗(yàn)結(jié)果總是動(dòng)能增加量略小于重力勢能的削減量解析:(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶)、重物是必需的,為了測量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,須要刻度尺;試驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器本身可以計(jì)算時(shí)間,所以不須要停表;試驗(yàn)用的是重物,不須要運(yùn)動(dòng)小車(2)起先試驗(yàn)時(shí),應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn),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(jì)時(shí)器不用低壓電源,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用低壓交變電源,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;為了減小空氣阻力的影響,在選擇重物時(shí),要選擇密度大的,即選擇質(zhì)量大體積小的重物,選項(xiàng)B正確;由公式h=12gt2可知,若起先第1、2兩點(diǎn)間的距離約為2mm,則打第1個(gè)點(diǎn)時(shí)的速度約為0,這樣只需比較gh、12v2的大小關(guān)系即可,選項(xiàng)C正確;由于空氣阻力、紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦的影響,試驗(yàn)結(jié)果總是動(dòng)能增加量略小于重力勢能的削減答案:(1)ABD(2)A(3)BCD【拓展提高】6.某同學(xué)利用豎直上拋的小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.頻閃儀每隔0.05s閃光一次,圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離,該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表.當(dāng)?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(shí)刻t2t3t4t5速度/(m·s-1)5.595.084.58(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5=m/s.

(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi),重力勢能增加量ΔEp=J,動(dòng)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(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.由上述計(jì)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?yàn)榇嬖诳諝庾枇?所以重力勢能的增加量小于動(dòng)能的削減量.答案:(1)4.08(2)1.421.46(3)<存在空氣阻力7.某試驗(yàn)小組利用如圖所示的試驗(yàn)裝置來驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.用刻度尺測得遮光條的寬度為d,試驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放,由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門的時(shí)間Δt.(1)試驗(yàn)前須要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平,接通氣源,將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上,若滑塊能保持狀態(tài),則說明導(dǎo)軌是水平的;輕推滑塊,若滑塊能做運(yùn)動(dòng),也說明導(dǎo)軌是水平的.

(2)在本次試驗(yàn)中還須要測量的物理量有鉤碼的質(zhì)量m、和(用文字說明并用相應(yīng)的字母表示).

(3)本試驗(yàn)要比較和的大小,若在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)二者近似相等,則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒.(用測量的物理量符號(hào)表示)

(4)你估計(jì)削減的重力勢能和增加的動(dòng)能哪個(gè)可能偏小?.你認(rèn)為造成這種偏差的緣由可能是

.

解析:(1)接通氣源,將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上,若滑塊能保持靜止?fàn)顟B(tài),則說明導(dǎo)軌是水平的;輕推滑塊,若滑塊能做勻速直線運(yùn)動(dòng),也說明導(dǎo)軌是水平的.(2)本試驗(yàn)中鉤碼削減的重力勢能轉(zhuǎn)化為鉤碼和滑塊的動(dòng)能,所以還須要測出滑塊的質(zhì)量m0以及遮光條初始位置到光電門的距離x.(3)此過程中鉤碼削減的重力勢能為mgx,滑塊運(yùn)動(dòng)到光電門時(shí)的速度v=dΔt,鉤碼和滑塊增加的動(dòng)能為12(m+m0)dΔt2.若在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),mgx與12(m(4)運(yùn)動(dòng)過程中存在摩擦力,定滑輪也有質(zhì)量,所以鉤碼削減的重力勢能一方面轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)(包括定滑輪)的動(dòng)能,另一方面要克服摩擦力做功,所以系統(tǒng)增加的動(dòng)能小一些.答案:(1)靜止勻速直線(2)滑塊的質(zhì)量m0遮光條初始位置到光電門的距離x(3)mgx12(m+m0)(4)增加的動(dòng)能存在摩擦力【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】8.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(dòng)機(jī)上并隨之轉(zhuǎn)動(dòng),用其替代打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.當(dāng)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(hào),如圖乙所示,設(shè)毛筆接觸圓柱時(shí)不影響圓柱的運(yùn)動(dòng).測得記號(hào)之間的距離依次為26.0mm、42.0mm、58.0mm、74.0mm、90.0mm、106.0mm;電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)有“1440r/min”的字樣,由此驗(yàn)證機(jī)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(shí)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(hào)C時(shí),圓柱下落的速度vC=m/s;畫下記號(hào)D時(shí),圓柱下落的速度vD=m/s;從記號(hào)C到D圓柱動(dòng)能的改變量為J,重力勢能的改變量為J,由此可得出的結(jié)論是.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

解析: