2015一轮复习第五章机械能第6课时　实验二:验证机械能守恒定律课时练试题及解析答案

1、下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中,正确的是(　　)

A.重物质量的称量不准会造成较大误差

B.重物质量选用得大些,有利于减小误差

C.重物质量选用得较小些,有利于减小误差

D.纸带下落和打点不同步会造成较大误差

答案：B

解析:从需要验证的关系式ghn=

看,与质量无关,选项A错误.当重物质量大一些时,空气阻力可以忽略,选项B正确,C错误.纸带先下落而后打点,可选用纸带上某两点,求出其动能变化和重力势能变化,则可验证机械能守恒定律,与打点是否同步无关,故选项D错误.

2、在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中,电源的频率为50 Hz,依次打出的点为0,1,2,3,4…n,则:

(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证,必须直接测量的物理量为　　　　、　　　　、　　　　,必须计算出的物理量为　　　　、　　　　,验证的表达式为　　　　.

(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是　　　　(填写步骤前面的字母).

A.将打点计时器竖直安装在铁架台上

B.接通电源,再松开纸带,让重物自由下落

C.取下纸带,更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验

D.将重物固定在纸带的一端,让纸带穿过打点计时器,用手提着纸带

E.选择一条纸带,用刻度尺测出物体下落的高度h1,h2,h3…hn,计算出对应的瞬时速度v1,v2,v3…vn

F.分别算出

和mghn,在实验误差范围内看是否相等

解析:(1)用第2点到第6点验证时机械能守恒定律表达式为mgh26=

,需直接测距离,算出速度.(2)实验操作顺序大体是:①安装置;②打纸带;③选纸带;④测量计算.

答案:(1)2、6点距离h26　1、3点距离h13　5、7点距离h57　第2点速度v2　第6点速度v6　mgh26=

(2)ADBCEF

3、某同学设计了以下的实验来验证机械能守恒定律:在竖直放置的光滑的塑料米尺上套一个质量为m的磁性滑块,滑块可沿米尺自由下落.在米尺上还安装了一个连接电压传感器(能够记录最大电压)的多匝线框A,线框平面在水平面内,滑块可穿过线框,如图所示.把滑块从米尺的0刻度线处释放,记下线框所在的刻度h和滑块穿过线框时的电压U.改变h,调整线框的位置,多做几次实验,记录各次的h、U.

(1)如果采用图像法对得出的数据进行分析论证,用图线　　　　(选填“U

h”或“U2

h”)更容易得出结论.

(2)影响本实验精确程度的因素主要是　 (至少列举一点).

解析:根据法拉第电磁感应定律,磁性滑块穿过线框的速度与产生的感应电动势成正比,即磁性滑块穿过线框的速度与电压传感器读数成正比.由机械能守恒定律mgh=

mv2可知,h∝U2,因此用图线“U2

h”更容易得出结论.影响本实验精确程度的因素主要是空气阻力或电磁感应损失机械能.

答案:(1)U2

h　(2)空气阻力(或电磁感应损失机械能)

4、DIS实验是利用现代信息技术进行的实验.老师上课时“用DIS研究机械能守恒定律”装置如图(甲)所示,在某次实验中,选择DIS以图像方式显示实验的结果,所显示的图像如图(乙)所示.图像的横轴表示小球距D点的高度h,纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E.试回答下列问题:

(1)图(乙)的图像中,表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是　　　　(按顺序填写相应图线所对应的文字).

(2)根据图(乙)所示的实验图像,可以得出的结论是　.

解析:(1)小球由A到D过程中重力势能减小,动能增加,由题图(乙)的图像知机械能总量不变,故表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是b、c、a.

(2)由实验结果知:在误差允许的范围内,在只有重力做功的情况下,小球的机械能守恒.

答案:(1)b、c、a　(2)在误差允许的范围内,在只有重力做功的情况下,小球的机械能守恒

5、用如图所示实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒.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,即可验证机械能守恒定律.如图给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.已知m1=50 g、m2=150 g,则(g取9.8 m/s2,所有结果均保留三位有效数字).

(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5=　　　　m/s;

(2)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk=　　　　J,系统重力势能的减少量ΔEp=　　　　J;

(3)若某同学作出

h图像如图,则当地的实际重力加速度g=　　　　m/s2.

解析:(1)T=5×0.02 s=0.1 s,

打下计数点5时的速度

v5=

m/s=2.40 m/s.

(2)在打点0～5过程中系统动能的增量

ΔEk=

(m1+m2)

=0.576 J;

系统重力势能的减少量ΔEp=(m2-m1)gh=0.1×9.8×(0.384 0+0.216 0) J=0.588 J.

(3)由机械能守恒定律得,(m2-m1)gh=

(m1+m2)v2,整理得,

h,即图像斜率的2倍等于重力加速度g,由作出的

h图像,可求得当地的实际重力加速度g=

m/s2=9.70 m/s2.

答案:(1)2.40　(2)0.576　0.588　(3)9.70

6、一同学在学习了机械能守恒定律后,认为小球沿竖直光滑曲面自由下滑的过程中机械能是守恒的,于是设计了如图所示的实验装置加以验证.图中曲面固定,底端B处切线水平且与桌的右边缘相齐.他的实验步骤如下:

a.在木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处,使小球从曲面上某点A由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O.

b.将木板向右平移适当的距离固定,再使小球由A点静止释放,撞到木板上得到痕迹P.

c.测出OP的距离y,竖直木板向右移动的距离L,查出当地的重力加速度g.

(1)要验证小球由A到B的过程中机械能守恒,还需测量的物理量及符号是　　　　;

(2)用上述测量量验证机械能守恒的表达式应该是　　　;

(3)从实验结果来看,小球沿曲面下滑的过程机械能是减少的,原因是

解析:验证机械能守恒,即mgh=

,其中h应为AB间高度;由平抛运动可求得B点速度vB=L

,代入可知实验要验证的表达式为gh=

.小球沿曲面下滑的过程机械能是减少的,是因为下滑过程中还是存在不可避免的摩擦使小球要克服摩擦力做功.

答案:(1)AB间高度h　(2)gh=

(3)下滑过程中小球不可避免地要克服摩擦力做功

7、几位同学用如图(甲)所示的“验证机械能守恒定律”实验装置来测定重力加速度g.他们按正确的步骤操作,得到一条点迹比较清晰的纸带,为了得到较为准确的测量结果,他们提出如下三种处理纸带(打点时间间隔均为T)数据求重力加速度g的方案.

方案一:在纸带上,0点是打出的第一个点,每打一个点取作一个计数点,如图(乙)中的0,1,2…6点所示,测出各相邻计数点间的距离x1,x2…x6,则重力加速度g=　　　　;

方案二:按方案一所编列的计数点,如图(丙)所示测出1,2…6各点到计数点0的距离,分别记作h1,h2…h6,并求出打下1,2…5各计数点时重锤的速度v1,v2…v5,以v2为纵坐标,h为横坐标,作出v2

h图线,求得该图线的斜率为k1,则重力加速度g=　　　　.

方案三:由方案二所测得的h1,h2…h6,分别计算h1,h2…h6与对应的运动时间t(从0计数点算起的时间)的比值

…

,以

为纵坐标,t为横坐标,作出

t图线,求得该图线的斜率为k2.则重力加速度g=　　　　;

就方案二、三运用图像法处理数据为可能得到较为准确的测量结果,请简要说说你的看法

解析:方案一:用逐差法求加速度,(x4+x5+x6-x1-x2-x3)=g(3T)2,可得g.

方案二:由运动规律知v2=2gh,则v2

h图线为一条直线,其斜率k1=2g,所以g=

方案三:由h=

gt2得

gt可知

t图线为一条直线,其斜率k2=

,g=2k2.

答案:方案一:

方案二:

方案三:2k2　能减小偶然误差

8、用如图所示实验装置,探究动能与重力势能的转化关系,得到了重锤下落高度h以及所对应的重力势能减少量Ep和动能增加量Ek,并绘制了Ep、Ek与h的关系图像如图(乙)所示,忽略夹子及纸带质量,取g=10 m/s2.由图像可知重锤质量为　　　　 kg,重锤及纸带在下落过程中所受阻力为　　　　 N,为减小阻力对实验探究结果的影响,请写出两条改良实验的方法:

第一条:

第二条:

解析:重锤下落过程中克服阻力做功,重力势能转化为动能和内能,因此重力势能减少量Ep大于动能增加量Ek,由图像可知上面直线为Ep

h图像,Ep=mgh,

则m=

kg=0.3 kg,v2=2ah,

Ek=

mv2=mah,

由下面图像可得:ma=

N=2.8 N,

由牛顿第二定律:mg-f=ma,则f=0.2 N.

为减小阻力对实验影响,可以用电火花计时器,用质量大的重锤.

答案:0.3　0.2　用电火花计时器　用质量大的重锤

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