- 实验:验证机械能守恒定律
- 共364题
(1)在用落体法验证机械能守恒定律时,某同学按照正确的操作选得纸带如图.其中O是起始点,A、B、C是打点计时器连续打下的3个点,已知打点计时器使用的交流电源频率为50Hz,该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离分别为9.51cm、12.42cm、15.7cm.
①这三个数据中不符合有效数字读数要求的是______cm,应记作______cm.
②若落体质量为0.1Kg,该同学用它在OB段的运动来验证机械能守恒定律,已知当地的重力加速度g=9.8m/s2,则该过程落体重力势能的减少量为______J,动能的增加量为______J.(均保留3位有效数字)
(2)某待测电阻Rx的阻值大约在130Ω~150Ω之间,实验室有如下器材:
A.电流表A1(量程0.6A、内阻r1约为0.2Ω)
B.电流表A2(量程150mA、内阻r2约为3Ω)
C.电流表A3(量程30mA、内阻r3为10Ω)
D.电压表V(量程15V、内阻RV约为20KΩ)
E.定值电阻R0=30Ω
F.滑动变阻器R,最大阻值约为10Ω
G.电源E(电动势5V、内阻较小)
H.开关S、导线若干
①要尽量准确测量RX的阻值,在上述器材中,应选用的是______.(填器材前序号的字母)
②测量中要求所用电表的读数不得小于量程的一半,请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路.(图中元件用题干中相应的字母标注)
③用已知量和测得的量表示Rx=______,说明式中各字母表示的物理量:______.
正确答案
①毫米刻度尺测量长度,要求估读即读到最小刻度的下一位.
这三个数据中不符合有效数字读数要求的是OC段:15.7,应记作15.70cm.
故答案为:15.7,15.70.
②重力势能减小量△Ep=mgh=9.8×0.1242 J=0.122J
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==1.55m/s
EkB=m
=0.120J
故答案为:0.122,0.120.
(2)①根据所给提电源可以估算回路中的电流大于150mA,因此选择电流表A1,由于所提供的电压表量程太大,导致测量不正确,因此需要用已知内阻的电流表和定值电阻进行改装,故选择电流A3、定值电阻R0、另外需要滑动变阻器、电源、开关、导线等.
故答案为:ACEFGH.
②(1)该题中由于滑动变阻器的电阻小于待测电阻同时要求多测数据,因此选用分压接法,在测量电阻两端的电压和流过的电流时,可以采用下面两种方法:
法1:滑动变阻器分压接法.R0与A3串联后与Rx并联,A1测总电流,具体电路图如图一所示;
法2:滑动变阻器分压接法.Rx与A3串联后与R0并联,A1测总电流,具体电路图如图二所示.
r
③若用图一,则电阻Rx两端的电压为U=I3(R0+r3),流过的电流为:I=I1-I3故待测电阻为:Rx==
若用图一,则待测电阻Rx和电流表A3两端的电压为U=(I1-I3)R0,流过的电流为:I=I3所以有:Rx+r==
所以Rx=-r
故答案为:(或
-r),I1为A1的示数,I3为A3的示数,R0为定值电阻,r3为A3的内阻.
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中进行测量,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要尽可能小。
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:_________________。
正确答案
(1)①②或①③
(2)①③
(3)例如:“对同一高度进行多次测量取平均值”“选取受力后相对伸长量尽量小的绳”“尽量减小滑轮的质量”“对滑轮转动轴进行润滑”“选择质量相对较大的物块A,B”等
某同学设计图甲所示实验验证物块A、B组成的系统机械能守恒.物块B装有一宽度很小的挡光片,测得挡光片宽度为d,A和B(含挡光片)的质量分别为m1和m2.系统由静止释放,当挡光片通过光电门(固定光电门的装置未画出)时,可通过计算机系统记录挡光时间△t.改变挡光片到光电门的距离h,重复实验,采集多组数据(A未碰到滑轮).
(1)若某次记录的挡光时间为△t1则挡光片到达光电门处时B的速度大小为______.
(2)该同学设想:若根据采集到的数据能得到图乙所示的直线,就能说明物块A、B组成的系统机械能守恒,按照这个设想,图线的纵坐标可以是______(选填“△t”、“△t2”、“”或“
”),若得到该图线的斜率为k,则可计算重力加速度的大小为______(用k、d、m1和m2表示)
(3)在实际运动过程中系统动能的增加量△EK小于系统势能的减少量△Ep,指出产生这个系统误差除空气阻力外的两个原因:______;______.
正确答案
(1)B经过光电门时的瞬时速度可近似认为是B经过光电门的平均速度
挡光片到达光电门处时B的速度大小为v=,
(2)m1、m2组成的系统为研究对象,
动能的增加量△Ek=(m1+m2)v2=
(m1+m2)(
d
△t
)2
重力势能的减小量△Ep=(m2-m1)gh
因此只要比较二者是否相等,即可验证系统机械能是否守恒.
即(m1+m2)(
d
△t
)2=(m2-m1)gh
所以按照这个设想,图线的纵坐标可以是,即
=
h
k=
所以重力加速度的大小g为.
(3)在实际运动过程中系统动能的增加量△EK小于系统势能的减少量△Ep,指出产生这个系统误差除空气阻力外的两个原因:绳和滑轮有摩擦,绳有一定的质量.
故答案为:(1)
(2),
(3)绳和滑轮有摩擦,绳有一定的质量
某同学利用验证机械能守恒定律的实验装置来测定当地的重力加速度,该同学在通过实验得到的纸带上选取6个点,每相邻两个点之间的时间间隔均为T,其中1、2、3点相邻,4、5、6点也相邻.3、4点之间还有几个不清楚的点.若测得1、3距离为s1,4、6之间的距离为s2,2、5之间的距离为s3.则第2点速度的表达式v=______,重力加速度的表达式是g=______.
正确答案
如图所示,
根据中间时刻速度公式=
可得,第二点速度v=
,同理第五点速度为
=
,设第三点到第四点时间为△t,则其中间时刻速度为
=
,根据V=
+at可得
=v+g(2T+△t),
=v+g(T+
),联立解得g=
.
故答案为,
在“验证机械能守恒定律”实验中,质量m=Ikg的重锤自由下落,在纸带上打出了一系列的点,如图所示,相邻点间的时间间隔为0.02s,长度单位是cm,g取9.8m/s2.从打下第一个点O到打下点B的过程中,重锤重力势能的减小量△Ep=______J,动能的增加量△Ek=______J.(计算结果保留三位有效数字)
正确答案
(1)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==
=2.24m/s
动能的增加量△Ek=mvB2=2.51J
重锤重力势能的减小量△Ep=mgh=2.65J
故答案为:2.65;2.51
(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中
①关于电磁打点计时器及其使用,下列说法正确的有______
A.电磁打点计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器
B.电磁打点计时器使用的电源是220V的交流电
C.把电磁打点计时器固定,让纸带穿过两个限位孔并压在复写纸的下面
D.重物带动纸带运动,接通电源,在纸带上打出一列小点,纸带拉出后,立即断开电源
②按正确的实验操作得到一条纸带如图1所示,若打点计时器打点的时间间隔为T,O点是第0个点,N点是第n个点.为验证机械能是否守恒,下列利用图中数据计算N点速度大小的方法正确的是______
A.vn=gnT B.vn=g(n-1)T C.vn= D.vn=
(2)①有一游标卡尺,游标上有20个小的等分刻度.用它测量一小球的直径,如图2所示的读数是______mm.
②多用表的红、黑两个测试笔短头分别插入表盖正负孔中,红表笔应插入______插孔.
用多用表欧姆挡测量某电阻值的示数如图3所示,则电阻值为______Ω,若想测量更精确些,选择开关应选欧姆挡______位置.
(3)某同学准备测量一个约为5kΩ的末知电阻Rx的阻值.他从实验室中找到了下列器材,想利用下列两个电压表来测量该电阻.
①电源E:内阻可忽略,电动势约为7V; ②电压表V1:量程为5V,内阻为R1=6kΩ
③电压表V2:量程为10V,内阻为R2=6KΩ; ④电压表V3:量程为4V,内阻为R3=1KΩ
⑤电压表V4:量程为3V,内阻为R4=1kΩ; ⑥滑线变阻器R,最大阻值为100Ω
⑦单刀单掷开关及导线若干
为了减小实验误差,要求该实验中电压表的读数应大于其量程的,则选用上述哪两个电压表?分别是______和______(请在原理图中标出)
请在图4的方框中画出这一实验原理图.
若用U1和U2分别表示这两电压表的读数(电压大的用U1表示),则由已知量和测量得表示Rx的公式是______.
正确答案
(1)①A、当给电磁打点计时器的线圈通电后,线圈产生磁场,线圈中的振片被磁化,振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动,故A错误.
B、电磁打点计时器使用的电源是4-6V的交流电,故B错误.
C、把电磁打点计时器固定,让纸带穿过两个限位孔并压在复写纸的下面,故C正确.
D、应该先接通电源,后释放纸带,故D错误.
故选C.
②利用匀变速直线运动的推论得:
vn=或vn=
,故C、D正确.
选项A、B中是利用自由落体运动公式求解,如果是自由落体运动,也不需要验证呢,故A、B错误.
故选C、D.
(2)①如图2所示的读数是13.30 mm,
②红表笔应插入正插孔,电阻值为2Ω×100=200Ω.
若想测量更精确些,选择开关应选欧姆挡×10挡.
(3)为了减小实验误差,要求该实验中电压表的读数应大于其量程的,则选用两个电压表分别是V1和V2 .
若用U1和U2分别表示这两电压表的读数,则由已知量和测量得表示Rx的公式是
故答案为:(1)①C,②CD;
(2)①13.30 ②正,200,×10
(3)V1和V2 ,实验原理图如图
Rx的公式是.
某同学利用右图所示装置测定当地重力加速度.现有的器材为:带铁夹的铁架台、电火花打点计时器、带铁夹的重锤.回答下列问题:
(1)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有______.(填入正确选项前的字母)
A.米尺B.秒表 C.4~6V的直流电源D.220V的交流电源
(2)如图是实验时所打出的一条纸带.A、B、C、D、E为打点计时器打出的点.打点计时器打下C点时重锤的瞬时速度为______m/s,该同学测得的当地重力加速度大小为______ m/s2.(结果保留三位有效数字)
正确答案
(1)该实验中需要测量计数点之间的距离,因此需要米尺,打点计时器记录了物体运动的时间,因此不需要秒表,由于实验使用的是电火花打点计时器,因此需要220V的交流电源,故BC错误,AD正确.
故选AD.
(2)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,有:
vC==
=1.50m/s
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2将T=0.02s,△x=4mm带入解得a=10.0m/s2.
故答案为:1.50;10.0.
在“验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器所用电源频率为50Hz,若按实验要求正确地选出纸带进行测量,量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示.
①纸带的______(选填:左、右)端与重物相连.
②选择纸带时,要求打出的第1、2两点间距约为2mm,其理由是重物的运动可视为
______运动.
③打点计时器打下计数点B时,物体的速度VB=______.
正确答案
①物体做加速运动,由纸带可知,纸带上所打点之间的距离越来越大,这说明物体与纸带的左端相连.
故答案为:左.
②打点计时器的打点频率为50 Hz,打点周期为0.02 s,重物开始下落后,若第一个打点周期内重物下落的高度所以所选的纸带最初两点间的距离h=gT2≈2mm,则可以认为物体做自由落体运动.
故答案为:自由落体运动.
③匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度,由此可知:
vB==
=0.98m/s
故答案为:0.98m/s.
验证“机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法(g=9.8m/s2):
(1)通过验证mυ2=mgh来验证机械能守恒定律时,对纸带上起点的要求是______;为此,所选择纸带的第一、二两点间距应接近______.
(2)若实验中所用重锤质量m=1kg,打点纸带如图所示,打点时间间隔为0.02s,则记录B点时,重锤的速度υB=______,重锤动能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:______.
(3)根据纸带算出相关各点的速度υ,量出下落距离h,则以为纵轴,画出的图象应是图中的______,图线的斜率表示______.
正确答案
(1)用公式mυ2=mgh来验证机械能守恒定律时,对纸带上起点的要求是重锤是从初速度为零开始,
打点计时器的打点频率为50 Hz,打点周期为0.02 s,重物开始下落后,在第一个打点周期内重物下落的高度所以所选的纸带最初两点间的距离接近2mm,
h=gT2=
9.8×0.022 m≈2 mm.
(2)利用匀变速直线运动的推论
vB==0.59m/s,
重锤的动能EKB=mvB2=0.174J
从开始下落至B点,重锤的重力势能减少量△Ep=mgh=1×9.8×0.176J=0.173J.
得出的结论是在误差允许范围内,重物下落的机械能守恒.
(3)利用-h图线处理数据,如果mgh=
mv2那么图线应该是过原点的直线,斜率就等于g.
故选C
故答案为:(1)初速度等于零,2mm
(2)0.59m/s 0.174J 0.173J
在误差允许范围内,重物下落的机械能守恒.
(3)C g
某同学利用重物自由下落来“验证机械能守恒定律”的实验装置如图(甲)所示.
(1)请指出实验装置中存在的明显错误:______.
(2)进行实验时,为保证重锤下落时初速为零,应______(选填A或B).
A.先接通电源,再释放纸带
B.先释放纸带,再接通电源
(3)根据打出的纸带,选取纸带上连续打出的1、2、3、4四个点如图(乙)示.已测出点1、2、3、4到打出的第一个点O的距离分别为h1、h2、h3、h4,打点计时器的打点周期为T.若代入所测数据能满足表达式gh3=______,则可验证重锤下落过程机械能守恒(用题目中已测出的物理量表示).
正确答案
(1)打点计时器不能使用直流电源,应使用交流电源.
(2)当先接通电源后,纸带释放,打出纸带的初速度才能为零;
(3)3点的速度等于DF段的平均速度,所以v3=,则此处的动能为EK=
m
=
(h4-h2)2;
只有当gh3=(h4-h2)2时,才可验证下落过程中,机械能是否守恒.
答案为:(1)打点计时器不能接“直流电源”(或打点计时器应接“交流电源”)
(2)A
(3)(h4-h2)2
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