- 验证机械能守恒定律
- 共87题
如图甲所示的实验装置在力学实验中有重要的应用,设小车的总质量为M,小盘和盘中钩码总质量为m,打点计时器的周期为T,则:
(1)图乙是该装置做研究匀变速运动规律实验时得到的一条纸带,
连续计时点A、B、C、D、E、F、G间距离如图所示。小车
加速度大小的计算式应为a=
(2)下列关于该装置的应用正确的是:( )
A、可用图甲所示装置研究匀变速运动的规律,但要抬高木板的
右端,以平衡摩擦力。
B、可用图甲所示装置探究加速度与力和质量的关系,平衡摩擦力时,小车应穿上纸带,在小盘和钩码的拉动下恰好匀速运动
C、可用图甲所示装置探究动能定理,要定量研究小车合外力的功和动能变化关系时,需要平衡摩擦力,同时还要满足m<<M
D、可用图甲所示装置验证小车和钩码组成系统的机械能守恒,但要抬高木板的右端,以平衡摩擦力
正确答案
(1)
(2) C
解析
略
知识点
如图所示“用DIS研究机械能守恒定律”实验装置。下列步骤正确的是( )
(A)让摆锤自然下垂,调整标尺盘,使其竖直线与摆锤线平行
(B)将摆锤置于释放器内,释放杆进行伸缩调整,使摆锤的系线松弛一点便于摆锤释放
(C)调整光电门的位置,使光电门的接收孔与测量点位于同一水平面内
(D)将释放器先后置于A、B、C点,将光电门置于标尺盘的D点,分别测量释放器内的摆锤由A、B、C三点静止释放摆到D点的势能和动能
正确答案
(AC )
解析
略
知识点
(1)用如图所示装置可验证机械能守恒,直径为d的摆球A拴在长为L的不可伸长的轻绳一端(L>>d),绳的另一端固定在O点,O点正下方摆球重心经过的位置固定光电门B。现将摆球拉起,使绳偏离竖直方向角时由静止开始释放摆球,当其到达最低位置时,光电门B记录的遮光时间为t。
①如图为20分度游标卡尺测量摆球A的直径d=_______mm。
②摆球到达最低点的速度v=_______(用题中字母表示)。
③写出满足机械能守恒的表达式_______(用题中字母表示)。
(2)热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC)。正温度系数电阻器(PTC)在温度升高时电阻值越大,负温度系数电阻器(NTC)在温度升高时电阻值越小,热敏电阻的这种特性,常常应用在控制电路中。某实验小组选用下列器材探究通过热敏电阻(常温下阻值约为10)的电流随其两端电压变化的特点。
A. 电流表A1(量程l00mA,内阻约1)
B. 电流表A2(量程0.6A,内阻约0.3)
C. 电压表V1(量程3.0V,内阻约3k)
D. 电压表V2(量程15.0V,内阻约l0k)
E. 滑动变阻器R(最大阻值为10)
F. 滑动变阻器R'(最大阻值为500)
G. 电源E(电动势15V,内阻忽略)
H. 电键、导线若干
①实验中改变滑动变阻器滑片的位置,使加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大,请在所提供的器材中选择必需的器材,应选择的器材为电流表_______,电压表_______,滑动变阻器_______。(只需填写器材前面的字母即可)
②请在所提供的器材中选择必需的器材,画出正确的电路图。
③该小组测出热敏电阻R1的U-/图线如曲线I所示。该电阻是_______执敏电阻(填“PTC”或“NTC”)。
④该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻R2的U-I图线如曲线II所示。然后又将热敏电阻R1、R2分别与另一电池组连成如图所示电路。测得通过R1和R2的电流分别为0.30A和0.60A,则该电池组的电动势为_______V,内阻为_______。
正确答案
(1)①10.30mm;②;③
(2)①B,D,E;②如图所示;③PTC;④10V,6.5Ω—7.0Ω
解析
略。
知识点
(1)在做“测定玻璃的折射率”的实验中,先在白纸上放好玻璃砖,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在另一侧透过玻璃砖观察,插上大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像。如图所示,aa' 和bb' 分别是玻璃砖与空气的两个界面,用“+”表示大头针的位置。图中AO表示经过大头针P1和P2的光线,该光线与界面aa' 交于O点,MN表示法线。
①请将光路图画完整,并在图中标出光线进入玻璃砖发生折射现象的入射角θ1和折射角θ2;
②该玻璃砖的折射率可表示为n=________。(用θ1和θ2表示)
(2)利用图1装置做“验证机械能守恒定律”的实验。
①除打点计时器(含纸带、复写纸)、交流电源、铁架台、导线及开关外,在下面的器材中,必须使用的还有________。(选填器材前的字母)
A. 大小合适的铁质重锤
B. 体积较大的木质重锤
C. 刻度尺
D. 游标卡尺
E. 秒表
②图2是实验中得到的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。
重锤质量用m表示,已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。从打下O点到打下B点的过程中,重锤重力势能的减少量∣ΔEp∣=________,动能的增加量ΔEk=________。
③实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量,关于这个误差下列说法正确的是________
A.该误差属于偶然误差
B.该误差属于系统误差
C.可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差
D.可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差
④在实验过程中,下列实验操作和数据处理正确的是________
A. 释放重锤前,使纸带保持竖直
B. 做实验时,先接通打点计时器的电源,再释放重锤
C. 为测量打点计时器打下某点时重锤的速度v,可测量该点到O点的距离h,再根据公式计算,其中g应取当地的重力加速度
D.用刻度尺测量某点到O点的距离h,利用公式mgh计算重力势能的减少量,其中g应取当地的重力加速度
⑤某同学在纸带上选取计数点后,测量它们到起始点O的距离h,并计算出打相应计数点时重锤的速度v,通过描绘v2-h图像去研究机械能是否守恒。
若实验中重锤所受阻力不可忽略,且阻力大小保持不变,从理论上分析,合理的v2-h图像是图3中的哪一个________
正确答案
见解析。
解析
(1)①如图
②
(2)①AC
②mghB,
③BD
④ABD
⑤A
知识点
某活动小组利用图甲装置验证机械能守恒定律。钢球自由下落过程中,先、后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过光电门A、B的时间分别为。用钢球通过光电门的平均速率表示钢球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h,当地的重力加速度为g。
①用游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为D=_____cm。
②要验证机械能守恒,只要比较_____。
正确答案
解析
①主尺读数+游标尺读数=9mm+0.05×10mm =9.50mm=0.950cm;
②验证机械能守恒,只要验证,整理得:,而,代入可知,选项D正确。
③由匀变速运动中间时刻的速度小于中点位置的瞬时速度可知钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。
知识点
某活动小组利用图甲装置验证机械能守恒定律。钢球自由下落过程中,先、后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过光电门A、B的时间分别为。用钢球通过光电门的平均速率表示钢球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h,当地的重力加速度为g。
(1)用游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为D=_____cm。
(2)要验证机械能守恒,只要比较_____。
A. 是否相等
B. 是否相等
C. 是否相等
D. 是否相等
(3)钢球通过光电门的平均速度_____(选填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。
正确答案
(1)0.950
(2)D
(3)<
解析
(1)主尺读数+游标尺读数=9mm+0.05×10mm =9.50mm=0.950cm;
(2)验证机械能守恒,只要验证,整理得:,而,代入可知,选项D正确。
(3)由匀变速运动中间时刻的速度小于中点位置的瞬时速度可知钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。
知识点
(1)用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律,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)记录下挡光时间t,测出A、B之间的距离h。实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束。
①为了验证机械能守恒,还需要测量下列哪些物理量 _________。
A.A点与地面间的距离H
B.小铁球的质量m
C.小铁球从A到B的下落时间tAB
D.小铁球的直径d
②利用题中所给的已知量及①问中测得的物理量,表示小铁球通过光电门时的瞬时速度的表达式为v=______;如果下落过程中小球的机械能守恒,则与h的关系式为=__________。
(2)某实验小组选用下列器材探究通过热敏电阻Rx(标称阻值为180Ω)的电流随其两端电压变化的特点。
实验器材:多用电表,电流表A(0-50mA,内阻约15Ω),电压表V(5V,内阻约20kΩ),电源E(6V直流电源,内阻可忽略不计),滑动变阻器R(最大阻值为20Ω),定值电阻R0(100Ω),电阻箱(99.9Ω)、开关K和导线若干。
①该小组用多用表的“×1”倍率的挡位测热敏电阻在室温下的阻值,发现表头指针偏转的角度很小;为了准确地进行测量,应换到 倍率的挡位;如果换档后就用表笔连接热敏电阻进行读数,那么欠缺的实验步骤是: ,补上该步骤后,表盘的示数如图所示,则它的电阻是 Ω 。
②该小组按照自己设计的电路进行实验。实验中改变滑动变阻器滑片的位置,使加在热敏电阻两端的电压从0开始逐渐增大到5V,作出热敏电阻的I-U图线,如下图所示。
请在所提供的器材中选择必需的器材,画出该小组设计的电路图(注意标明所选器材的符号)。
③分析该小组所画出的I-U图线,说明在电流比较大的情况下热敏电阻的阻值随电流的增大而 ;分析其变化的原因可能是 。
④该热敏电阻消耗的电功率随所加电压变化规律可能正确的是下面四幅图象中的______.
A.
B.
C.
D.
⑤如果将这个热敏电阻跟一个100Ω的定值电阻串联后接在内阻不计、电动势为5V的电源两端,该热敏电阻消耗的电功率为___________W。
正确答案
见解析。
解析
(1)① D
②;
(2)①“×10 ”;两表笔直接接触,调节欧姆表的调零旋钮,使指针指在“0Ω”处(或重新进行欧姆档的调零);200(答200~205都可以)
②测量电路如图下图所示
③减小;电流较大时,热敏电阻的温度升高,阻值变小
④B
⑤0.057(0.054~0.058)
知识点
某活动小组利用图甲装置验证机械能守恒定律。钢球自由下落过程中,先后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h,当地的重力加速度为g。
(1)用游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为D = cm。
(2)要验证机械能守恒,只要比较 。
A.与gh是否相等
B.与2gh是否相等
C.与gh是否相等
D.与2gh是否相等
(3)钢球通过光电门的平均速度 (选填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差 (选填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小。
正确答案
(1)0.950
(2) D
(3)< ; 不能
解析
略
知识点
(1)某同学用图甲所示的装置验证机械能守恒定律。实验操作过程中
①用游标卡尺测量小球的直径,由图乙可知小球的直径为________mm;
②用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为l22.20cm;
③断开电磁铁电源,让小球自由下落;
④在小球经过光电门时,计时装置记下小球经过光电门所用的时间为2.5010-3s,由此可算得小球经过光电门时的速度为________m/s;
⑤以光电门所在处的水平面为参考面,小球的质量为m(kg),取重力加速度g=10m/s2,计算得出小球在最高点时的机械能为________J,小球在光电门时的机械能为________J。由此可知,在误差允许的范围内,小球下落过程中机械能是守恒的。
(2)现用以下器材测量电池的电动势和内电阻
A.被测电池(电动势在10 V~15V之间)
B.电阻箱(0~20)
C.滑动变阻器(最大阻值20 )
D.定值电阻R0(阻值5 )
E.电流表A1(量程0.6A)
F.电流表A2(量程3A)
G.电键
H.导线若干
实验中只用到了包括电池和定值电阻R0在内的六种实验器材,并利用实验数据做出了通过电源的电流I的倒数和外电路电阻R(R0除外)的关系图线,即-R图线,如图所示。则:
①实验时电阻箱和滑动变阻器二者中应选择________;
②在虚线框内画出实验原理图;
③根据图线求出电池的电动势为________V,内阻为________;
④说出实验中产生误差的原因(说出两条即可):________。
正确答案
(1) ①12.35;④4.94;⑤12.22m;12.20m
(2) ①电阻箱;②原理图如图所示;③12;1;④电流表A2的内阻分压产生的系统误差;电流表读数时产生的偶然误差;做图线时产生的偶然误差
解析
略。
知识点
下图是验证机械能守恒定律的实验。小圆柱由一根不可伸长的细线拴住,细线另一端固定在O点,在最低点附近放置一组光电门。将细线拉至水平后由静止释放,用光电门测出小圆柱运动到最低点的挡光时间△t,再用10分度游标卡尺测出小圆柱的直径d,如图所示,重力加速度为g。则
(1)小圆柱的直径d= cm;
(2)测出悬点到圆柱重心的距离,若等式______成立,说明小圆柱下摆过程机械能守恒;
(3)若在悬点O安装一个拉力传感器,测出绳子上的拉力F,则验证小圆柱作圆周运动在最低点向心力的公式还需要测量的物理量是 (用文字和字母表示),若等式F=___________成立,则可验证小圆柱作圆周运动在最低点向心力的公式。
正确答案
(1)1.02cm
(2)
(3)小圆柱的质量m ;
解析
略
知识点
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