79实验验证机械能守恒定律课堂例题.docx
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79实验验证机械能守恒定律课堂例题
7.9实验:
验证机械能守恒定律课堂例题
1.(2013秋•向阳区校级期中)在验证机械能守恒定律的实验中,要验证的是重锤重力势能的减少等于它动能的增加,以下步骤中仅是实验中的一部分,在这些步骤中多余的或错误的有( )
A.
用天平称出重锤的质量
B.
把打点计时器固定在铁架台上,并用导线把它和低压交流电源连接起来
C.
把纸带的一端固定在重锤上,另一端穿过打点计时器的限位孔,把重锤提升到一定的高度
D.
接通电源,释放纸带.
E.
用秒表测出重锤下落的时间
2.(2015•扬州二模)“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示,实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能,其主要原因是( )
A.
重物的质量过大
B.
重物的体积过小
C.
电源的电压偏低
D.
重物及纸带在下落时受到阻力
3.(2015•武清区校级学业考试)如图,在验证机械能守恒定律的实验中,除铁架台、铁夹、学生电源、纸带、打点计时器和重物外,还需选用下述哪种仪器?
( )
A.
秒表
B.
刻度尺
C.
天平
D.
弹簧秤
4.(2015•池州一模)利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带,设计了四种测量方案,正确的是( )
A.
用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度v
B.
用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=
计算出瞬时速度v
C.
根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v,并通过h=
计算出高度h.
D.
用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v
二.填空题(共4小题)
5.(2014•临潼区校级模拟)用如图1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上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.图2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个打点(图中未标出),计数点间的距离如图2所示.已知m1=50g、m2=150g,则(结果保留两位有效数字)
(1)在纸带上打下记数点5时的速度v= m/s;
(2)在0~5过程中系统动能的增量△EK= J,系统势能的减少量△EP= J(计算时g取10m/s2).由此得出的结论是:
(3)若某同学作出
﹣h图象如图3,则当地的重力加速度g= m/s2.
6.(2013春•吉林期末)验证机械能守恒定律的实验中:
质量m=1kg的重物自由下落,在纸带上打出一系列的点,如图所示(相邻记数点时间间隔为0.02s),长度单位cm,那么打点计时器打下记数点B时,物体的速度vB= m/s;从起点O到打下记数点B的过程中重力势能减少量是△Ep= J,此过程中物体动能的增加量△Ek= J(g取9.8m/s2,所有结果保留两位有效数字.);通过计算,数值上△Ep △Ek(填“>”“=”或“<”),这是因为 ;最后得出实验的结论是
.
7.(2012秋•民勤县校级期中)与打点计时器一样,光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.
现利用图所示装置验证机械能守恒定律.图中AB是固定的光滑斜面,斜面的倾角为30°,1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门,与它们连接的光电计时器都没有画出.让滑块从斜面的顶端滑下,光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10﹣2s、2.00×10﹣2s.已知滑块质量为2.00kg,滑块沿斜面方向的宽度为5.00cm,光电门1和2之间的距离为0.540m,g=9.80m/s2,取滑块经过光电门时的速度为其平均速度.
(1)滑块通过光电门1时的速度v1= m/s,通过光电门2时的速度v2= m/s:
(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为 J,重力势能的减少量为 J;
(3)在误差许可的范围内,得出的结论是 .
8.(2014春•西城区校级月考)在“验证机械能守恒定律”的实验中,质量m=1kg的物体自由下落,得到如图所示的纸带.相邻计数点时间间隔为0.04s,那么纸带的 端与重物相连(填“左”或“右”).打点计时器打下计数点A时,物体的速度VA= m/s,从起点到打下B点过程中,物体的重力势能减EP= J,此过程中物体动能的增加量Ek= J.
三.解答题(共2小题)
9.(2015•资阳模拟)测量小物块Q与平板P之间的动摩擦因数的实验装置如图所示.AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道,与水平固定放置的P板的上表面BC在B点相切,C点在水平地面的垂直投影为C′.重力加速度为g.实验步骤如下:
①用天平称出物块Q的质量m;
②测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和CC′的高度h;
③将物块Q在A点由静止释放,在物块Q落地处标记其落地点D;
④重复步骤③,共做10次;
⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住,用米尺测量圆心到C′的距离s.
用实验中的测量量表示:
(ⅰ)物块Q到达B点时的动能EkB= ;
(ⅱ)物块Q到达C点时的动能EkC= ;
(ⅲ)在物块Q从B运动到C的过程中,物块Q克服摩擦力做的功Wf= ;
(ⅳ)物块Q与平板P之间的动摩擦因数μ= .
(2)回答下列问题:
(ⅰ)实验步骤④⑤的目的是 .
(ⅱ)已知实验测得μ值比实际值偏大,其原因除了实验中测量的误差之外,其它的可能是 .(写出一个可能的原因即可)
10.(2008•安徽)如图所示,两个质量各为m1和m2的小物块A和B,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m1>m2.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 .(在横线上填入选项前的编号)
①物块的质量m1、m2;
②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间;
③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间;
④绳子的长度.
(2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出以下建议:
①绳的质量要轻;
②在“轻质绳”的前提下,绳子越长越好;
③尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要摇晃;
④两个物块的质量之差越大越好.
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是 .(在横线上填入选项前的编号)
(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议:
.
7.9实验:
验证机械能守恒定律课堂例题
参考答案与试题解析
一.选择题(共4小题)
1.(2013秋•向阳区校级期中)在验证机械能守恒定律的实验中,要验证的是重锤重力势能的减少等于它动能的增加,以下步骤中仅是实验中的一部分,在这些步骤中多余的或错误的有( )
A.
用天平称出重锤的质量
B.
把打点计时器固定在铁架台上,并用导线把它和低压交流电源连接起来
C.
把纸带的一端固定在重锤上,另一端穿过打点计时器的限位孔,把重锤提升到一定的高度
D.
接通电源,释放纸带.
E.
用秒表测出重锤下落的时间
考点:
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专题:
实验题.
分析:
解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项,只有这样才能明确每步操作的具体含义,从而确定哪些步骤是必须的,哪些是不必要的.
解答:
解:
在数据处理中,质量m可以约去,故质量也不需要测量,只需验证gh=
即可,因此A是多余的;
在本实验中由于采用了打电计时器,故不需要有用秒表,故E不必要.
故选:
AE.
点评:
解决本题的关键知道实验的原理,通过原理确定测量的步骤以及需要测量的物理量.
2.(2015•扬州二模)“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示,实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能,其主要原因是( )
A.
重物的质量过大
B.
重物的体积过小
C.
电源的电压偏低
D.
重物及纸带在下落时受到阻力
考点:
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专题:
实验题.
分析:
书本上的实验,我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚.
重物带动纸带下落过程中,除了重力还受到阻力,从能量转化的角度,由于阻力做功,重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能.
解答:
解:
A、重物的质量过大,重物和纸带受到的阻力相对较小,所以有利于减小误差,故A错误.
B、重物的体积过小,有利于较小阻力,所以有利于减小误差,故B错误.
C、电源的电压偏低,电磁铁产生的吸力就会减小,吸力不够,打出的点也就不清晰了,与误差的产生没有关系,故C错误.
D、重物及纸带在下落时受到阻力,从能量转化的角度,由于阻力做功,重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能,所以重物增加的动能略小于减少的重力势能,故D正确.
故选D.
点评:
对于实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能,我们应该从功能角度研究.
3.(2015•武清区校级学业考试)如图,在验证机械能守恒定律的实验中,除铁架台、铁夹、学生电源、纸带、打点计时器和重物外,还需选用下述哪种仪器?
( )
A.
秒表
B.
刻度尺
C.
天平
D.
弹簧秤
考点:
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专题:
计算题.
分析:
根据验证机械能守恒定律的原理及实验方法可知需要的器材.
解答:
解:
在用自由落体“验证机械能守恒定律”时,我们是利用自由下落的物体带动纸带运动,通过打点计时器在纸带上打出的点求得动能及变化的势能;
在求动能时需要测量两点间的长度求出平均速度,故需要用的刻度尺,B正确;
而在数据处理中物体的质量可以消去,故不需要测物体的质量,故不用天平,C错误;实验中由打点计时器测量时间,不再需要秒表,A错误;实验中不需要测量重力,故不需要弹簧秤,故D错误;
故选B.
点评:
本题考查验证机械能守恒定律的原理的仪器选择,应根据实验的原理进行记忆.
4.(2015•池州一模)利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带,设计了四种测量方案,正确的是( )
A.
用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度v
B.
用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=
计算出瞬时速度v
C.
根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v,并通过h=
计算出高度h.
D.
用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v
考点:
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专题:
实验题;机械能守恒定律应用专题.
分析:
解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项.
该实验是验证机械能守恒定律的实验.因为我们知道自由落体运动只受重力,机械能就守恒.如果把重物的实际运动看成自由落体运动,再运用自由落体的规律求解速度,那么就不需要验证.
解答:
解:
该实验是验证机械能守恒定律的实验.因为我们知道自由落体运动只受重力,机械能就守恒.如果把重物的实际运动看成自由落体运动,再运用自由落体的规律求解速度,那么就不需要验证呢.
其中ABC三项都是运用了自由落体的运动规律求解的,故ABC错误.
故选D.
点评:
我们做验证实验、探究实验过程中,不能用验证的物理规律和探究的物理结论去求解问题.
纸带法实验中,若纸带匀变速直线运动,测得纸带上的点间距,利用匀变速直线运动的推论,可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度,从而求出动能.
二.填空题(共4小题)
5.(2014•临潼区校级模拟)用如图1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上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.图2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个打点(图中未标出),计数点间的距离如图2所示.已知m1=50g、m2=150g,则(结果保留两位有效数字)
(1)在纸带上打下记数点5时的速度v= 2.4 m/s;
(2)在0~5过程中系统动能的增量△EK= 0.58 J,系统势能的减少量△EP= 0.60 J(计算时g取10m/s2).由此得出的结论是:
在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒
(3)若某同学作出
﹣h图象如图3,则当地的重力加速度g= 9.7 m/s2.
考点:
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专题:
实验题.
分析:
(1)根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度,可以求出打下记数点5时的速度大小;
(2)根据物体的初末动能大小可以求出动能的增加量,根据物体重力做功和重力势能之间的关系可以求出系统重力势能的减小量,比较动能增加量和重力势能减小量之间的关系可以得出机械能是否守恒;
(3)根据图象的物理意义可知,图象的斜率大小等于物体的重力加速度大小;
解答:
解:
(1)根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度,可知打第5个点时的速度为:
v5=
=2.4m/s
(2)物体的初速度为零,所以动能的增加量为:
△Ek=
(m1+m2)
﹣0=
=0.58J;
重力势能的减小量等于物体重力做功,故:
△EP=W=(m2﹣m1)gh=(0.15﹣0.05)×10×(0.384+0.216)=0.60J;
由此可知动能的增加量和势能的减小量基本相等,因此在在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒.
(3)本题中根据机械能守恒可知,m2gh﹣m1gh=
(m1+m2)v2,即有:
v2=
gh=
gh,所以
v2﹣h图象中图象的斜率表示重力加速度的一半,由图可知,斜率k=4.85,故当地的实际重力加速度为:
g=2k=9.7m/s2.
故答案为:
(1)2.4;
(2)0.58;0.60;在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒,(3)9.7
点评:
本题全面的考查了验证机械能守恒定律中的数据处理问题,要熟练掌握匀变速直线运动的规律以及功能关系,增强数据处理能力.
6.(2013春•吉林期末)验证机械能守恒定律的实验中:
质量m=1kg的重物自由下落,在纸带上打出一系列的点,如图所示(相邻记数点时间间隔为0.02s),长度单位cm,那么打点计时器打下记数点B时,物体的速度vB= 0.98 m/s;从起点O到打下记数点B的过程中重力势能减少量是△Ep= 0.49 J,此过程中物体动能的增加量△Ek= 0.48 J(g取9.8m/s2,所有结果保留两位有效数字.);通过计算,数值上△Ep > △Ek(填“>”“=”或“<”),这是因为 纸带和重錘运动过程中受阻力 ;最后得出实验的结论是
在实验误差允许的范围内机械能守恒 .
考点:
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专题:
实验题;机械能守恒定律应用专题.
分析:
利用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来求B的速度大小,然后根据动能、势能定义进一步求得动能和势能的变化情况.
动能的增加量:
mv2,重力势能的减小量:
mgh;由于物体下落过程中存在摩擦阻力,因此动能的增加量小于势能的减小量.
解答:
解:
中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度来求B的速度大小:
vB=
=
=0.98m/s
△Ep=mgh=1×10×5.01×10﹣2=0.49J
△Ek=
=
×1×0.982=0.48J,
通过计算可以看出△EP>△EK,这是因为纸带和重錘运动过程中受阻力,
最后得出实验的结论是:
在实验误差允许的范围内机械能守恒.
故答案为:
0.98m/s,0.49J,0.48J,>,纸带和重錘运动过程中受阻力;在实验误差允许的范围内机械能守恒.
点评:
正确解答实验问题的前提是明确实验原理,从实验原理出发分析实验所测数据,得出要探究的结论.
7.(2012秋•民勤县校级期中)与打点计时器一样,光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.
现利用图所示装置验证机械能守恒定律.图中AB是固定的光滑斜面,斜面的倾角为30°,1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门,与它们连接的光电计时器都没有画出.让滑块从斜面的顶端滑下,光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10﹣2s、2.00×10﹣2s.已知滑块质量为2.00kg,滑块沿斜面方向的宽度为5.00cm,光电门1和2之间的距离为0.540m,g=9.80m/s2,取滑块经过光电门时的速度为其平均速度.
(1)滑块通过光电门1时的速度v1= 1.00 m/s,通过光电门2时的速度v2= 2.50 m/s:
(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为 5.25 J,重力势能的减少量为 5.29 J;
(3)在误差许可的范围内,得出的结论是 在误差允许的范围内,可以认为滑块的机械能守恒 .
考点:
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专题:
实验题.
分析:
知道光电门测量瞬时速度的原理.根据瞬时速度从而求出动能.根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值.
解答:
解:
(1)滑块通过光电门1时的速度v1=
.00m/s
通过光电门2时的速度v2=
=
=2.50m/s
(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量△Ek=Ek2﹣Ek1=
mv22﹣
mv12=5.25J
重力势能减小量△Ep=mgh=2.0×9.8×0.540J=5.29J.
(3)由于滑块动能的增大与滑块重力势能的减小量非常接近,所以在误差允许的范围内,可以认为滑块的机械能守恒.
故答案为:
(1)1.00m/s,2.50m/s;
(2)5.25J,5.29J;(3)在误差允许的范围内,可以认为滑块的机械能守恒.
点评:
知道运用平均速度代替瞬时速度的思想.
要注意单位的换算和有效数字的保留.
8.(2014春•西城区校级月考)在“验证机械能守恒定律”的实验中,质量m=1kg的物体自由下落,得到如图所示的纸带.相邻计数点时间间隔为0.04s,那么纸带的 左 端与重物相连(填“左”或“右”).打点计时器打下计数点A时,物体的速度VA= 2.12 m/s,从起点到打下B点过程中,物体的重力势能减EP= 2.79 J,此过程中物体动能的增加量Ek= 2.258 J.
考点:
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专题:
实验题;机械能守恒定律应用专题.
分析:
物体作加速运动,根据打点的疏密情况可以判断那端一重物相连;利用匀变速直线运动的推论,可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度,从而求出动能;根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值;然后可以根据功能关系进一步判断动能的增加量和重力势能的减小量之间的大小关系.
解答:
解:
重物做加速运动,因此相同时间内的位移越来越大,即所打点间距越来越大,故纸带的左端应该是与重物相连的;
根据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,有:
A点的速度vA=
=2.90m/s
所以动能的增量为:
根据重力势能的定义式得出:
从点p到打下计数点D的过程中,重锤重力势能减小量:
△EP=mgh=1.0×9.8×0.2325J=2.279J;
根据计算结果可知重力势能的减小量大于动能的增加量,其原因是物体下落过程中需要克服摩擦力和空气阻力做功,导致重力势能的减小量没有全部转化为动能.
故答案为:
左;2.90;2.125m/s;2.325J;2.258J;
点评:
运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题;同时做题时要注意单位的换算和有效数字的保留.
三.解答题(共2小题)
9.(2015•资阳模拟)测量小物块Q与平板P之间的动摩擦因数的实验装置如图所示.AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道,与水平固定放置的P板的上表面BC在B点相切,C点在水平地面的垂直投影为C′.重力加速度为g.实验步骤如下:
①用天平称出物块Q的质量m;
②测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和CC′的高度h;
③将物块Q在A点由静止释放,在物块Q落地处标记其落地点D;
④重复步骤③,共做10次;
⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住,用米尺测量圆心到C′的距离s.
用实验中的测量量表示:
(ⅰ)物块Q到达B点时的动能EkB= mgR ;
(ⅱ)物块Q到达C点时的动能EkC=
;
(ⅲ)在物块Q从B运动到C的过程中,物块Q克服摩擦力做的功Wf=
;
(ⅳ)物块Q与平板P之间的动摩擦因数μ=
.
(2)回答下列问题:
(ⅰ)实验步骤④⑤的目的是 .
(ⅱ)已知实验测得μ值比实际值偏大,其原因除了实验中测量的误差之外,其它的可能是 .(写出一个可能的原因即可)
考点:
探究影响摩擦力的大小的因素.菁优网版权所有
专题:
实验题.
分析:
(1)物块由A到B点过程,由动能定理可以求出物块到达B时的动能;
(2)物块离开C点后做平抛运动,由平抛运动的知识可以求出物块在C点的速度,然后求出在C点的动能;
(3)由B到C,由动能定理可以求出克服摩擦力所做的功;
(4)由功的计算公式可以求出动摩擦因数.
解答:
解:
(1)从A到B,由动能定理得:
mgR=EKB﹣0,则物块到达B时的动能EKB=mgR;
(2)离开C后,物块做平抛运动,
水平方向:
s=vCt,
竖直方向:
h=
gt2,
物块在C点的动能EKC=
mvC2,
解得:
EKC=
;
(3)由B到C过程中,由动能定理得:
﹣Wf=
mvC2﹣
mvB2,
克服摩擦力做的功Wf=
;
(4)B到C过程中,克服摩擦力做的功:
Wf=μmgL=
,则μ=
;
故答案为:
(1)mgR;
(2)
;(3)
;(4)
.
点评:
熟练应用动能定理、平抛运动规律、功的计算公
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