人教版高中物理必修第二册课后习题 第8章 机械能守恒定律 5 实验：验证机械能守恒定律.docVIP

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5实验:验证机械能守恒定律

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1.在验证机械能守恒定律实验中,纸带将被释放瞬间的四种情况如图所示,其中最合适的是()

答案:D

解析:开始释放时,重锤要靠近打点计时器,纸带应保持竖直方向,选项D正确。

2.在验证机械能守恒定律的实验中,已知打点计时器打点时间间隔为T,某一组同学得到了一条如图所示的纸带,在填写实验报告时,甲、乙两位同学选择了不同的数据处理方法:

甲同学测出了C点到第一点O的距离hOC,利用vC2=2ghOC计算得到了C点的速度,然后验证mghOC与

乙同学测出了A、B、C、D各点到第一点O的距离hOA、hOB、hOC、hOD,利用vB=hOC-hOA2T,vC=hOD-

请你对甲、乙两位同学的做法逐一分析,并对其不合理之处提出完善的解决方法。

答案:见解析

解析:本题主要考查学生对验证机械能守恒定律实验原理的理解。甲同学选择从O到C段验证机械能守恒,计算C点的速度用vC2=2ghOC,犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。计算vC可以选择vC=

3.某同学设计出如图所示验证机械能守恒定律的实验装置,小球用轻质细绳悬挂于O点,在O点正下方固定一刀片,并在水平地面上用重锤记录下O点在水平面的投影,将小球拉至与O等高的水平位置处,绳被拉直,从静止释放小球,当小球到达O点正下方时,刀片割断细绳,小球做平抛运动,记录下小球的落点。

(1)下列物理量中需要测量的是(填选项前的字母)。?

A.细绳的长度l

B.O点到地面的高度h

C.O点在地面的投影到小球落点的水平距离

(2)利用题(1)中的字母,需要验证的等式是。?

答案:(1)ABC(2)gh=mg(h-l)+12mx

4.某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律,通过实验数据分析,发现本实验存在较大的误差。为此改用如图乙所示的实验装置:通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落,下落过程中经过光电门B时,通过与之相连的毫秒计时器(图中未画出)记录遮光时间t,用毫米刻度尺测出AB之间的距离h,用游标卡尺测得小铁球的直径d(dh),重力加速度为g。则小铁球经过光电门时的瞬时速度v=。如果d、t、h、g满足关系式t2=,就可验证机械能守恒定律。比较两个方案,改进后的方案相比原方案最主要的优点是?。?

甲

乙

答案:dt

解析:匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度,由此可以求小铁球经过光电门时的瞬时速度v=dt,由运动学公式v2=2gh得t2=d

5.验证机械能守恒定律的实验采用重锤自由下落的方法。(g取10m/s2)

(1)用公式12mv2=mgh时,对纸带上起点的要求是初速度为,为达到此目的,所选择的纸带第一、第二两点间距应接近

(2)若实验中所用重锤的质量m=1kg,打点纸带如甲图所示,打点时间间隔为0.02s,则记录B点时,重锤速度vB=,重锤的动能EkB=,从开始下落起至B点,重锤的重力势能减少量是,因此可得出的结论是?。?

甲

(3)根据纸带算出的相关各点的速度值,量出下落的距离,则以v22为纵轴,以h为横轴画出的图线应是乙图中的

乙

答案:(1)02mm

(2)0.59m/s0.174J0.176J在实验误差允许的范围内,重锤动能的增加量等于重力势能的减少量

(3)C

解析:(1)初速度为0,所选第一、第二两点接近2mm。

(2)vB=xAC

EkB=12mv

ΔEp=mghB=1×10×17.6×10-3J=0.176J。

(3)由12mv2=mgh可得v22

6.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次,图中所标数据为实际距离,该同学通过计算得到不同时刻的速度如图表所示。(当地重力加速度取9.8m/s2,小球质量为m=0.5kg,结果均保留三位有效数字)

时刻

t2

t3

t4

t5

速度/(m·s-1)

4.99

4.48

3.98

(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5=m/s;?

(2)从t3到t5时间内,重力势能增加量ΔEp=J,动能减少量ΔEk=J;

答案:(1)3.48(2)1.951.99(3)空气阻力做负功

解析:(1)在匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度,

所以v5=16.14+18.

(2)从t3到t5时间内,根据重力做功和重力势能的关系,球的重力势能增加量为ΔEp=mg(h3+h4)=0.5×9.8×(21.16+18.66)×10-2J=1.95J

由表格数据可知,打点3时的瞬时速度大小为