1、2019-2020学年人教版物理必修2同步训练（22）实验：验证机械能守恒定律1、某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点。光电门固定在的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小与动能变化大小,就能验证机械能是否守恒。(1)用计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离。A.钢球在A点时的顶端B.钢球在A点时
2、的球心C.钢球在A点时的底端(2)用计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测最遮光条宽度,示数如图乙所示,其读数为_cm。某次测量中,计时器的示数为0.0100s。则钢球的速度为_m/s。(3)下表为该I学的实验结果:4.8299.78614.6919.5929.385.0410.115.120.029.8他发现表中的与之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点?请说明理由。(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。2、用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律,实验所用的电源为学生电源,输出电压为6V的交流电和直流电两种.重锤从高处由静止开始下落,重锤上拖着的纸带打出一系列的点,对纸
3、带上的点痕进行测量验证机械能守恒定律:(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.将打点计时器接到电源的“直流输出”上;C.用天平测出重物的质量;D.释放悬挂纸带的夹子,同时接通电源开关打出一条纸带;E.测量纸带上某些点间的距离;F.根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。其中没有必要进行的步骤是_,操作不当的步骤是_。(将其选项对应的字母填在横线处)(2)已知打点计时器所用电源的频率为50Hz查得当地的重力加速度测得所用重物的质量为1.00kg实验中得到一条点迹清晰的纸带,把第一个点记作O,每两个计数点之间有四点未画出,另选连续的3个计数点
4、作为测量的点,如图所示.经测量知道各点到O点的距离分别为50.50cm、86.00cm、130.50cm.根据以上数据,计算出打B点时重物的瞬时速度_m/s;重物由O点运动到B点,重力势能减少了_J,动能增加了_J(保留3位有效数字)并可得出的结论是_。3、某同学用图a所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz,打出纸带的一部分如图b所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其他条件进行推算。(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图(b)中给出的物理量可以写出:在打点计时器打出B点时,重物下落的速
5、度大小为_,打出C点时重物下落的速度大小为_,重物下落的加速度的大小为_。(2)已测得;当重力加速度大小为,试验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为_Hz。答案：(1);(2)40解析：(1)打出B点时,重物下落的速度等于段的平均速度,所以;同理打出C点时,重物下落的速度;由加速度的定义式得.(2)由牛顿第二定律得:,解得:,代入数值解得:.4、在“验证机械能守恒定律”的实验中,实验装置如图甲所示。(1)该实验中使用电火花计时器,它的工作电压是_(选填“交流220V”“交流6V以下”或“直流6V以下”),纸带下端所挂重物应选图乙中的_重物比较合适(填所选重物的字母)。(2)
6、按照正确的操作得到如图丙所示的纸带。其中打O点时释放重物,是打点计时器连续打下的三个点,一同学用毫米刻度尺测量O点到各点的距离,并记录在图丙中(单位:cm)。已知打点计时器打点时间间隔为0.02s,重物质量为0.5kg,当地重力加速度g取。这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_。现选取重物在段的运动进行数据处理,则打B点时重物的速度为_m/s,段动能增加量为_J,重力势能减少量为_J。(计算结果均保沼三位有效数字)即使在操作规范,数据测量及数据处理很准确的前提下,该实验测得的也一定略大于,这是实验存在系统误差的必然结果,试分析该实验误差产生的主要原因:_。5、某同学利用图示装置来验证机械能守
7、恒定律。A,B是质量均为m的小物块,C是质量为M的重物,A,B间由轻弹簧相连,A,C间由轻质细绳相连。在物块B下放置一压力传感器,重物C下放置一速度传感器,压力传感器与速度传感器相连。整个实验中弹簧均处于弹性限度内,重力加速度大小为g。实验操作如下:a.开始时,系统在一外力作用下保持静止,细绳拉直但张力为零。现释放C,使其向下运动,当压力传感器示数为零时,速度传感器测出C的速度为v。b.在实验中保持A,B质量不变,改变C的质量M,多次重复步骤a。回答下列问题:(1)该实验中,M和m大小关系必满足填M_m(“小于”“等于”或“大于”)。(2)为便于研究速度v与质量M的关系,每次测C的速度时,C已
8、下降的高度应_(选填“相同”或“不同”)。(3)根据所测数据,为更直观地验证机械能守恒定律,应作出_(选项“”“”或“”)图线。(4)根据3中的图线,若图线在纵轴上的截距为b,则弹簧的劲度系数为_(用题给的已知量表示)6、如图所示,两个质量分别为和的小物块A和B,系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知,现要利用此装置验证机械能守恒定律。(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量,则需要测量的物理量有_。物块的质量和物块A下落的距离及下落这段距离所需的时间物块B上升的距离及上升这段距离所需的时间绳子的长度(2)为了提高实验结果的精确程度,某小组同学对此实验提出以下建议:绳的质量要轻在“轻质绳”的
9、前提下,绳子越长越好尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要晃动两个物块的质量之差要尽可能小以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_。(3)在数据的处理过程中,物块整体的重力势能减少量总是大于物块整体的动能增加量,导致这一原因除有空气阻力和摩擦阻力外,还有可能的原因是_。(4)写出一条上而没有提到的提高实验结果准确程度有益的建议:_。7、如图甲所示，用落体法验证机械能守恒定律，打出如图乙所示的一条纸带。已知打点计时器频率为50Hz。（1）根据纸带所给数据，打下C点时重物的速度为_m/s。（结果保留三位有效数字）（2）某同学选用两个形状相同，质量不同的重物a和b进行实验，测得几组数据，画出图象，并求出
10、图线的斜率k，如图乙丙所示，由图象可知a的质量m1_b的质量m2。（选填“大于”或“小于”）（3）通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量m20.052kg，当地重力加速度g9.78m/s2，求出重物所受的平均阻力f_N。（结果保留两位有效数字） 答案以及解析1答案及解析：答案：(1)B(2)1.50(1.491.51都算对);1.50(1.491.51都算对)(3)不同意,因为空气阻力会造成小于,但表中大于(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算时,将v折算成钢球的速度解析：(1)高度变化要比较钢球球心的高度变化。(2)毫米刻度尺读数时要估读到毫
11、米下一位,由代入数据可计算出相应速度。(3)从表中数据可知,若有空气阻力,则应为,所以不同意他的观点。(4)实验中遮光条经过光电门时的速度大于钢球经过A点时的速度,因此由计算得到的偏大,要减小与之间的差异可考虑将遮光条的速度折箅为钢球的速度。 2答案及解析：答案：(1)C;BD(2)4.00;8.13;8.00;在实验误差允许的范围内,重物自由下落过程中机械能守恒解析：(1)打点计时器应接在电源的“交流输出”上,故B操作不当;要验证重物动能的增加设和重力势能的减少量是否相等,即验证,质量可以约去,所以没必要用天平测量重物的质量,故C没有必要进行;在实验的操作中,应先接通电源再释放纸带,故D操作
12、不当。(2)打B点时重物的瞬时速度,由O点运动到B点,重物重力势能减少量,动能的增加量。在误差允许的范围内,重物自由下落过程中机械能守恒。 3答案及解析：答案：(1);(2)40解析：(1)打出B点时,重物下落的速度等于段的平均速度,所以;同理打出C点时,重物下落的速度;由加速度的定义式得.(2)由牛顿第二定律得:,解得:,代入数值解得:. 4答案及解析：答案：(1)交流220V;C(2)12.8;1.57;0.616;0.627;重物在下落时要受到阻力作用(对纸带的摩擦力、空气阻力)解析：(1)电火花计时器的工作电压是交流220V,纸带下端所挂重物应选图乙中质量较大的C比较合适。(2)这三个
13、数据中不符合有效数字读数要求的是12.8,缺少备效数字。打B点时重物的速度为;段动能增加量为;重力势能减少量为。原因是重物在下落时要受到阻力作用(对纸带的摩擦力、空气阻力)。 5答案及解析：答案：(1)大于(1)相同(3)(4)解析：(1)实验过程中需要测定压力传感器示数为零时,C向下运动的速度v,所以必须满足。(2)因刚开始时弹簧被压缩,弹力大小为,而压力传感器示数为零时,弹簧被拉伸,弹力大小仍为,弹簧的形变量,不论C的质量如何,测C的速度时,C已下降的高度相同,为。(3)弹性势能在始末状态相同,为此只需验证,化简得,所以应作图线。(4)由题意知,而,联立得。 6答案及解析：答案：(1)或(
14、2)(3)没有考虑滑轮动能的增加(4)对同一高度进行多次测量取平均值;选取受力后相对伸长尽量小的绳解析：(1)通过连接在一起的两物块验证机械能守恒定律,即验证系统的重力势能变化与动能变化是否相等,连接在一起,A下降的距离一定等于B上升的距离;的速度大小总是相等的,故不需要测量绳子的长度,需要测量两物块的质量,物块A下落的距离以及下落这段距离所用的时间,或物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间,故选或均可以。(2)如果绳子较重,系统的重力势能就会有一部分转化为绳子的动能,造成实验误差。绳子不宜太长,否则绳子形变对实验的影响较大。相差越大,物体所受阻力相对于合力对运动的影响越小。物体末速度v是根据匀变速直线运动求出的,故要保证物体在竖直方向运动。对提高实验准确程度有作用的建议是。(3)在数据的处理过程中,物块的整体重力势能减少总是大于物块的整体动能增加,导致这一原因除有空气阻力和摩擦阻力外,还有可能的原因是没有考虑滑轮动能的增加。(4)减小误差的建议:对同一高度进行多次测量取平均值;选取受力后相对伸长尽量小的绳。 7答案及解析：答案：1.2.252.大于3.0.031解析：1.C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，则有：2.根据动能定理知：，则有：，知图线的斜率，b的斜率小，知b的质量小，所以a的质量m1大于b的质量m23.，解得.