- 验证机械能守恒定律
- 共87题
9.物理小组在一次验证机械能守恒定律的实验中,实验装置如图甲所示,气垫导轨放置在水平桌面上,一端装有光滑的定滑轮;导轨上有一滑块,其一端与穿过电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流电源的频率为f。开始实验时,在托盘中放入适量砝码,先接通电源,再松手后滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列点。
(1)本实验存在一个重大的失误,该失误是:
(2)为了验证机械能守恒定律,下列物理量中还应测量的是 。
正确答案
末验证气垫导轨是否水平;( )
(2)CD( )(3) ( )
解析
(1)在本实验中应验证实验导轨是否水平,而本题中没有进行验证;
(2)根据实验原理可知,本实验中砝码和托盘的重力势能减小量等于总的动能的增加量;故应测量滑块的质量m2 和托盘和砝码的总质量m3,故答案为CD
(3)从计数点3到计数点4的过程中,则有:,
能守恒定律可知
代入整理得
故答案为:(1)末验证气垫导轨是否水平;(2)CD(3)
考查方向
解题思路
分析实验原理及实验做法,则可得出实验中应注意事项及应测量的物理量;根据实验原理结合机械能守恒定律可得出表达式。
易错点
实验中砝码和托盘的重力势能减小量等于总的动能的增加量
知识点
某课外活动小组利用小球的竖直上抛运动验证机械能守恒定律。
22.如图甲,弹射装置将小球竖直向上弹出,先后通过光电门A、B,光电计时器测出小球上升过程中通过A、B的时间分别为△tA、△tB,用刻度尺测出光电门A、B间的距离为h,用螺旋测微器测量小球的直径d,某次测量结果如图乙,其读数d=__________mm。当地的重力加速度为g。在误差范围内,若小球上升过程中机械能守恒,则题中给出的物理量d、△tA、△tB、g、h之间应满足的关系式为_______________________________。
正确答案
12.987 ± 0.002
解析
由螺旋测微仪的读书原则读出小球的直径。由和
,
得
。
考查方向
解题思路
1、由螺旋测微仪的读书原则读出小球的直径2、根据机械能守恒有:3、A、B 点的速度可以由
和
得到。
易错点
螺旋测微仪的读数原则和注意事项遗忘。
如下图所示,是用光电门、数字计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。在滑块上安装一遮光条,把滑块放在水平气垫导轨上并静止在A处,并通过定滑轮的细绳(水平)与钩码相连,数字计时器安装在B处。测得滑块(含遮光条)质量为M、钩码总质量为m、遮光条宽度为d、当地的重力加速度为g、滑块从A释放到B时,钩码下降的距离为h 。将滑块在图示A位置释放后,数字计时器记录下遮光条通过光电门的时间为△t,实验小组将本实验的研究对象定为钩码和滑块整体,则:
9.左图所示为用20分度游标卡尺测量遮光条宽度,可得d= mm
10.本实验中验证机械能守恒的表达式为: (用以上对应物理量的符号表示)。
正确答案
3.20mm
解析
(1)主持为3mm,游标为,所以读数应该为3.200mm
考查方向
解题思路
根据题目的实验目的找到实验原理
易错点
游标卡尺读数
正确答案
解析
(2)钩码减少重力势能转变为滑块和钩码系统的动能,而物体的瞬时速度可通过光电门计算,即验证这个式子即可。
考查方向
解题思路
根据题目的实验目的找到实验原理
易错点
游标卡尺读数
下面几个实验都用到了电磁打点计时器或电火花计时器
①运用装置甲完成“探究功与速度变化的关系”实验
②运用装置乙完成“验证机械能守恒定律”实验
③运用装置丙可以完成“探究小车速度随时间变化的规律”实验
④运用装置丙可以完成“探究加速度与力、质量的关系”实验
22.运用装置丙完成“探究小车速度随时间变化的规律”实验是否需要平衡摩擦阻力?
______________(填“是”或“否”)
如图丁为某同学在一次实验中打出的一条纸带的部分,若所用电源的频率为50Hz,图中刻度尺的最小分度为1mm,请问该条纸带是以上四个实验哪一个实验时得到的?
______________(填实验的代码)
由如图丁的测量,打C点时纸带对应的速度为__________m/s(保留三位有效数字)。
正确答案
(1)否 (2)② (3)1.50(1.50~1.56)
解析
:(1)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,小车存在阻力,对其规律的研究没有影响,因此不需要平衡摩擦力;
(2)相邻的计数点间的时间间隔T=0.02s,根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小,为了更加准确的求解加速度为:
由加速度大小可知,属于验证机械能守恒定律的实验,即实验代码为②;
(3)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,
得:
故答案为:(1)否;(2)②;(3)1.50(1.50~1.56)
考查方向
解题思路
(1)在探究中,是否存在阻力,对速度随时间变化的规律研究没有影响;
(2)根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小,从而影响属于什么实验;(3)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,可以求出打纸带上C点时小车的瞬时速度大小
易错点
对“探究功与速度变化的关系”, “验证机械能守恒定律”, “探究小车速度随时间变化的规律”, “探究加速度与力、质量的关系”实验原理的理解。
如图,用光电门等器材验证机械能守恒定律。直径为d、质量为m的金属小球由A处静止释放,下落过程中经过A处正下方的B处固定的光电门,测得A、B的距离为H(H>>d),光电门测出小球通过光电门的时间为t,当地的重力加速度为g。
30.小球通过光电门B时的速度表达式 ;
31.多次改变高度H,重复上述实验,作出随H的变化图像如图所示,当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球直径d满足以下表达式 时,可判断小球下落过程中机械能
守恒;
32.实验中发现动能增加量△EK总是小于重力势能减少量△EP,增加下落高度后,△EP-△EK将 (选填“增加”、“减小”或“不变”)。
正确答案
解析
已知经过光电门时的时间小球的直径;则可以由平均速度表示经过光电门时的速度;故v=
考查方向
解题思路
由题意可知,本实验采用光电门利用平均速度法求解落地时的速度;则根据机械能守恒定律可知,当减小的机械能应等于增大的动能;由原理即可明确注意事项及数据的处理等内容。
易错点
创新型实验,要注意通过分析题意明确实验的基本原理才能正确求解
正确答案
解析
若减小的重力势能等于增加的动能时,可以认为机械能守恒;
则有:mgH=mv2;
即:2gH0=()2
解得:;化简则
考查方向
解题思路
由题意可知,本实验采用光电门利用平均速度法求解落地时的速度;则根据机械能守恒定律可知,当减小的机械能应等于增大的动能;由原理即可明确注意事项及数据的处理等内容。
易错点
创新型实验,要注意通过分析题意明确实验的基本原理才能正确求解
正确答案
增加
解析
由于该过程中有阻力做功,而高度越高,阻力做功越多;故增加下落高度后,则△Ep﹣△Ek将增大。
考查方向
解题思路
由题意可知,本实验采用光电门利用平均速度法求解落地时的速度;则根据机械能守恒定律可知,当减小的机械能应等于增大的动能;由原理即可明确注意事项及数据的处理等内容。
易错点
创新型实验,要注意通过分析题意明确实验的基本原理才能正确求解
用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验时接通电源,质量为m2的重物从高处由静止释放,质量为m1的重物拖着纸带打出一系列的点,图乙是实验中打出的一条纸带,A是打下的第1个点,量出计数点E、F、G到4点距离分别为d1、d2、d3,每相邻两计数点的计时间隔为T,当地重力加速度为g。(以下所求物理量均用已知符号表达)
9.在打点A~F的过程中,系统动能的增加量△Ek=_ ,系统重力势能的减少量
△Ep=_ ,比较△Ek、△Ep大小即可验证机械能守恒定律。
10.某同学根据纸带算出各计数点速度,并作出一d图象如图丙所示,若图线的斜率
k= ,即可验证机械能守恒定律。
正确答案
(2分) (m2-m1)gd2(2分)
解析
由于每相邻两计数点的计时间隔为T,根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出点F的瞬时速度:vF=.在A~F过程中系统动能的增量△EK=
(m1+m2)vF2=
.系统重力势能的减小量为△EP=(m2﹣m1)gd2.
考查方向
解题思路
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F时的速度大小。
易错点
损失速度的求解,以及机械能守恒定律的利用
正确答案
(2分)
解析
本题中根据机械能守恒可知,(m2﹣m1)gd=(m1+m2)v2,即有:
v2=gd,所以
v2﹣d图象中图象的斜率表示重力加速度,那么斜率k=
,故答案为
; (m2﹣m1)gd2;(2)
.
考查方向
解题思路
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.
易错点
损失速度的求解,以及机械能守恒定律的利用
如图(甲)所示,一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处从静止释放,下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门,测得A、B间的距离为H(H>>d),光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t,当地的重力加速度为g。则:
9.如图(乙)所示,用游标卡尺测得小球的直径d = mm。
10.小球经过光电门B时的速度表达式为 。
11.多次改变高度H,重复上述实验,作出随H的变化图象如图(丙)所示,当图
中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式: 时,可判断小球下落过程中机械能守恒。
正确答案
(1)7.25
解析
(1)游标卡尺的主尺读数为7mm,游标读数为0.05×5mm=0.25mm,则小球的直径d=7.25mm.
考查方向
解题思路
(1)游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数,不需估读.
易错点
解决本题的关键知道实验的原理,对于图线问题,关键得出表达式,从而分析判断.知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度.
正确答案
(2) d/t
解析
(2)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知,小球在B处的瞬时速度;
考查方向
解题思路
(2)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出小球经过光电门B的速度.
易错点
解决本题的关键知道实验的原理,对于图线问题,关键得出表达式,从而分析判断.知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度.
正确答案
(3)或2gH0t02=d2
解析
(3)小球下落过程中重力势能的减小量为mgH0,动能的增加量,若机械能守恒,有:
,即
.
考查方向
解题思路
(3)抓住动能的增加量和重力势能的减小量相等得出机械能守恒的表达式.
易错点
解决本题的关键知道实验的原理,对于图线问题,关键得出表达式,从而分析判断.知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度.
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