- 验证机械能守恒定律
- 共364题
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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