- 实验:验证机械能守恒定律
- 共364题
在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz,查得当地的重力加速度g=9.8m/s2. 测得所用重物的质量为1.00 kg. 实验中得到一条点迹清晰的纸带,如图所示,把第一个点记作O,另选连续的4个点A,B,C,D作为测量的点,经测量A,B,C,D4个点到O的距离分别为62.9 cm,70.18 cm,77.76 cm,85.73 cm,根据以上数据,可知重物由O点运动到C点,重力势能的减少量等于___J,动能的增加量等于___J.(保留三位有效数字)
正确答案
7.62;7.5
一同学在学习了机械能守恒定律后,认为小球沿竖直光滑曲面自由下滑的过程机械能是守恒的,于是设计了如图所示的实验装置加以验证。图中曲面固定,底端B处切线水平且与桌的右边缘相齐,他的实验步骤如下:
a.在木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处,使小球从曲面上某点A由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;
b.将木板向右平移适当的距离固定,再使小球由A点静止释放,撞到木板上得到痕迹P;
c.测出OP的距离y,竖直木板向右移动的距离L,查出当地重力加速度g。
(1)要验证小球由A到B过程中机械能守恒,还需测量的物理量及符号是__________________;
(2)用上述测量量验证机械能守恒的表达式应该是__________________;
(3)从实验结果来看,小球沿曲面下滑的过程机械能是减少的,原因是___________________________。
正确答案
(1)AB间高度h
(2)
(3)下滑过程中小球克服摩擦力做功
某同学用如图1的装置验证机械能守恒定律.
①安装打点计时器时,纸带的两个限位孔必须处在同一______线上.
②接通电源,让打点计时器正常工作后,松开______.
③将纸带上打出第一个点记为0,并在离0点较远的任意点依次选取几个连续的点,分别记为1,2,3,….量出各点与0点的距离h,算出各点对应的速度,分别记为v1至v6,数据如下表:
表中有一个数据有较大误差,代表符号为______.
④修正数据后,该同学计算出各点对应速度的平方值,并作v2-h图象,若得出的直线斜率为k,则可测出重力加速度g=______.与真实值相比,测出的g值______.(填“偏小”或“偏大”)
正确答案
①要减小限位孔对纸带的摩擦阻力,两个限位孔一定要处在同一条竖直线上;
②为增加有效点个数,要先接通电源,后释放纸带;
③匀变速运动,速度均匀变化,v4变化大,不在误差范围内;
④根据机械能守恒定律,有:mgh=mv2,解得:v2=2gh;
故斜率k=2g,g=k;
由于阻力的存在,实际加速度偏小,故g值偏小;
故答案为:①竖直; ②纸带;③v4;④,偏小.
(1)验证“力的平行四边形法则”实验如图所示,A为固定橡皮的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB、OC为细绳子,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.图甲中弹簧秤B的读数为______N;图乙中的F和两力中,方向一定沿OA方向的是______;本实验采用的科学方法是______.
A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法
(2)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,图丙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下表(当地重力加速度取9.8m/s2,小球质量m=0.2kg,结果保留三位有效数字):
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t2到t5时间内,重力势能增量△Ep=______J,动能减少量△Ek=______J.
③在误差允许的范围内,若△Ep与△Ek近似相等,从而验证了机械能守恒定律.由上述计算得△Ep______△Ek(选填“>”“<”或“=”),造成这种结果的主要原因是______.
正确答案
(1)图甲中弹簧秤B的读数为:11N+0.40N=11.40N;
F1与F2的合力的实际值为一个弹簧拉绳套时的弹簧的弹力大小和方向,而理论值是通过平行四边形定则得到的值F′.因此方向一定沿AO方向的是F.
该实验中采用的科学方法是等效替代法.故B正确,A、C、D错误.
(2)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,所以有:
v5==4.08m/s
②根据重力做功和重力势能的关系有:
△Ep=mg(h2+h3+h4)=0.2×10×(26.68+24.16+21.66)×10-2J=1.42J
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,所以有:
v2==5.59m/s
△Ek=m(v22-v52)=
×0.2×[(5.59)2-(4.08)2]J=1.46J.
③由上述计算得△Ep<△Ek,由于纸带和打点计时器的摩擦以及空气阻力的存在,导致动能减小量没有全部转化为重力势能.
故答案为:(1)①11.4;②F; ③B;(2)①4.08;②1.42;1.46③<;由于纸带和打点计时器的摩擦以及空气阻力的存在.
一同学在学习了机械能守恒定律后,认为小球沿竖直光滑曲面自由下滑的过程机械能是守恒的,于是设计了如图所示的实验装置加以验证。图中曲面固定,底端B 处切线水平且与桌的右边缘相齐,他的实验步骤如下:
a.在木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处,使小球从曲面上某点A由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;
b.将木板向右平移适当的距离固定,再使小球由A点静止释放,撞到木板上得到痕迹P;
c.测出OP的距离y,竖直木板向右移动的距离L,查出当地重力加速度g。
(1)要验证小球由A到B的过程中机械能守恒,还需测量的物理量及符号是____;
(2)用上述测量量验证机械能守恒的表达式应该是___;
(3)从实验结果来看,小球沿曲面下滑的过程机械能是减少的,原因是____。
正确答案
(1)AB间高度h
(2)
(3)下滑过程中小球克服摩擦力做功
用如图甲实验装置验证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.如图乙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个点(图中未标出),计数点间的距离如图乙所示.已知
m1=50g、m2=150g,则(g取10m/s2,结果保留两位有效数字)
(1)下面列举了该实验的几个操作步骤:
A.按照图所示的装置安装器件;
B.将打点计时器接到直流电源上;
C.先释放m2,再接通电源打出一条纸带;
D.测量纸带上某些点间的距离;
E.根据测量的结果,分别计算系统减少的重力势能和增加的动能.
其中操作不当的步骤是______(填选项对应的字母).
(2)在打点0~5过程中系统动能的增量△Ek=______J,系统势能的减少量△Ep=0.60J,由此得出的结论是______;
(3)若某同学作出v2-h图象,可以计算当地重力加速度g,请写出计算g的表达式______.(用字母表示)
正确答案
(1)打点计时器使用交流电源,实验时,先接通电源,再释放纸带.故B、C错误.
故选BC.
(2)v5==
m/s=2.4m/s,
则系统动能的增量△Ek=(m1+m2)v52=
×0.2×2.42J=0.576J≈0.58J.
得出的结论:在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒.
(3)根据(m1-m2)gh=(m1+m2)v2,解得g=
v2.
故答案为:(1)BC (2)0.58 在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒 (3)g=v2
某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验,实验装置如图所示,图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器.实验时测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t1,通过B的挡光时间为t2.为了证明小物体通过A、B时的机械能相等,还需要进行一些实验测量和列式证明.
①(单选)选出下列还需要的实验测量步骤______
A.用天平测出运动小物体的质量m
B.测出A、B两传感器之间的竖直距离h
C.测出小物体释放时离桌面的高度H
D.用秒表测出运动小物体通过A、B两传感器的时间△t
②若该同学用d和t的比值来反映小物体经过A、B光电门时的速度,并设想如果能满足______关系式,即能证明在自由落体过程中小物体的机械能是守恒的.
正确答案
①A、根据机械能守恒的表达式,可知不需要测量质量,A错误;
B、实验中需要测量从A到B过程中重力势能的减小量,因此需要测量AB之间的距离h,故B正确;
C、测出AB之间的距离h,不需要测量小物体释放时离桌面的高度H,故C错误;
D、根据机械能守恒定律的表达式,可知不需要测量小物体通过A、B两传感器的时间△t,故D错误.
故选B.
②本实验中利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,故有:vA=,vB=
根据mgh=m
-
m
可得:()2-(
)2=2gh.
故答案为:()2-(
)2=2gh.
在用自由落体运动做“验证机械能守恒定律”实验中,用天平称得重物的质量为m=0.5kg,所用电源的频率为50Hz,某同学通过正确的实验操作得到了一条理想的纸带.纸带上打出的点如图所示(纸带上的O点是第一个打印点,A、B、C、D、E分别是每打两个点的时间作为计时单位取的记数点,图中数据单位为毫米),已知当地的重力加速度g=9.8m/s2.选择B点为初始点,D点为终点,则从打下B点到打下D点的过程中,重物的重力势能的减少量为△Ep=______J;重物动能的增加量为△Ek=______J;但实验中总存在△Ep______△Ek(填:小于、等于、大于).(取3位有效数字)
正确答案
重物由B点运动到D点时,
重物的重力势能的减少量△Ep=mgh=0.5×9.8×(0.3815-0.195)J=0.914J.
利用匀变速直线运动的推论
vB==1.94m/s
EkB=mvB2=0.941 J
vD==2.72m/s
EkD=mvD2=1.850 J
△Ek=EkD-EkB=0.909 J
由于系统受到阻力的原因,所实验中总存在△Ep 大于△Ek.
故答案为:0.914,0.909,大于.
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,得到如下图所示的纸带,相邻计数点间的时间间隔为0.04s.那么从打点计时器打下起点O到打下B点的过程中,物体重力势能的减少量△Ep=______J,此过程中物体动能的增加量△Ek=______J.由此可得到的结论是______.(g=9.8m/s2,保留三位有效数字)
正确答案
重力势能减小量等于△Ep=mgh=1×9.8×0.2325J=2.28 J.
利用匀变速直线运动的推论
vB==
=2.12m/s
EkB=mvB2=2.26 J
由于重力势能减小量略大于动能的增加量,在误差允许范围内,重物下落的机械能守恒.
故答案为:2.28,2.26,在误差允许范围内,重物下落的机械能守恒.
某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律.已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,重物质量m=1kg,当地重力加速度大小为g=9.80m/s2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示,纸带上的第一个点记为O,另选连续的三个点A、B、C进行测量,图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值.回答下列问题(以下计算结果均保留3位有效数字):
(1)打点计时器打B点时,重物速度的大小vB=______m/s;
(2)根据以上数据,可知重物由O点运动到B点的过程中,重力势能的减少量等于______J,动能的增加量等于______J.重力势能的减少量大于动能的增加量的原因是______.
正确答案
(1)打点计时器周期为0.02s,B点的速度为:vB==
m/s=3.90m/s;
(2)重物由O点运动到B点的过程中,重力势能的减少量为:△EP=mgh=1×9.8×0.7875=7.70J;
增加的动能为:△Ek=mvB=
×1×3.902=7.61J;
由于有阻力做功,故减少的重力势能大于增加的动能.
故答案为:
(1)3.90;
(2)7.70J,7.61J;阻力做负功.
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