- 验证机械能守恒定律
- 共364题
(1)在“探究力的平行四边形定则”实验中,下列实验要求正确的是______
A.弹簧测力计的拉力方向必须与木板平行
B.两弹簧测力计的拉力方向必须相互垂直
C.读数时,视线应正对弹簧测力计的刻度
D.使用弹簧测力计时,不能超过其量程
(2)如图为某研究性学习小组设计的“验证机械能守恒定律”的实验装置.小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住,轻绳另一端固定.将轻绳拉至水平后由静止释放,在最低点附近放置一组光电门,如图.测出小圆柱运动到最低点时通过光电门的时间 t,再用游标卡尺测出小圆柱的直径d,重力加速度为g.
①某同学测出了悬点到圆柱重心的距离为l,若等式gl=______成立,则可验证小圆柱下摆过程机械能守恒;
②若小圆柱下摆过程中在误差允许范围内机械能守恒,用天平测出小圆柱的质量为m,则小圆柱下摆到最低点时绳子上拉力的理论值为______;
③若在悬点O处安装一个拉力传感器,且在最低点时拉力传感器测出绳子上拉力比理论值偏大些,请分析可能的原因.(写出1条即可)______.
正确答案
(1)A、本实验是在水平面作力的图示,为了减小误差弹簧测力计必须保持与木板平行,故A正确
B、两弹簧测力计的拉力方向不一定相互垂直,故B错误
C、读数时视线要正对弹簧测力计的刻度.故C正确.
D、使用弹簧测力计时,不能超过其量程,故D正确
故选ACD.
(2)①利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,故:v=,
根据机械能守恒的表达式有:mgh=mv2,
若等式gl=(
)2 成立,则可验证小圆柱下摆过程机械能守恒;
②根据机械能守恒得:mgl=mv2,
v=
小圆柱下摆到最低点,根据牛顿第二定律得
F-mg=
解得F=3mg
③开始释放时初速度不为零 或悬点到圆柱重心的距离l测得偏小 或用天平测得小圆柱的质量比实际值小 或小圆柱释放时在水平线的上方
故答案为:(1)ACD
(2)①(
)2,②3mg
③开始释放时初速度不为零 或悬点到圆柱重心的距离l测得偏小 或用天平测得小圆柱的质量比实际值小 或小圆柱释放时在水平线的上方.
某同学用如图所示装置研究重锤下落的加速度,所用交流电频率为50Hz.在所选纸带上取某点为0号计数点,然后每3个点取一个计数点,所得测量数据及其标记符号如图所示.
①请写出本实验误差的主要来源(举出两条 )A.______;B.______.
②如果用f表示频率,使用f,S1,S2 S3,S4,S5,S6,写出计算加速度的表达式.
正确答案
①实验我们要验证的是:重力势能的减少量与系统动能增加量之间的关系,所以误差来源于:①长度测量,②系统受到摩擦力的原因,③打点计时器原因
所以答案为:A、长度的测量;B、纸带与打点计时器间的摩擦;C、交流电的频率不稳定;等任选2条.
②f表示频率,所以每两个计时点之间的时间间隔为:,又每3个点取一个计数点,所以每两个计数点之间的时间间隔T=
重锤做的是匀加速直线运动:
故:s6-s3=3aT2
s5-s2=3aT2
s4-s1=3aT2
联立得:
a=
将T=代入得:
a=
故答案为:①A、长度的测量;B、纸带与打点计时器间的摩擦;C、交流电的频率不稳定;等任选2条.
②加速度的表达式:a=
完成下列关于“验证机械能守恒定律”实验的有关问题:
(1)在验证机械能守恒定律时,如果以为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出的图线应是过坐标原点的直线就能验证机械能守恒定律,其斜率等于______.
(2)在做“验证机械能守恒定律”的实验时,用打点计时器打出纸带如图所示,其中A点为打下的第一个点,0、1、2…为连续的计数点.现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6,已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T.根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔,可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为______(逐差法),在打5号计数点时,纸带运动的瞬时速度大小的表达式为______.
正确答案
(1)物体下落时初速度为零,根据机械能守恒可知:mgh=mv2,即
=gh,故若以
为纵轴,以h为横轴,图线是过原点的直线,其斜率大小等于重力加速度.
故答案为:重力加速度g.
(2)根据逐差法有:a1=
a2=
a3=
a==
根据匀变速直线运动的规律可知打5号计数点时速度大小为:
v5=
故答案为:,
.
某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律.弧形轨道末端水平,离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处静止释放,钢球的落点距轨道末端的水平距离为x,实验数据见表格.
(1)若钢球的机械能守恒,则x2与h的关系应满足x2=______(用日、^表示).
(2)对比实验结果与理论计算得到的x2-h关系图线(图乙),自同一高度静止释放的钢
球,水平抛出的速率υ0______υ0理(理论值)(横线上填“小于”或“大于”).
(3)从实验结果与理论计算得到的x.一^关系图线存在明显的误差,造成上述误差的可能原因是______.
正确答案
(1)物体在光滑轨道上下落时,机械能守恒有:mgh=mv2 ①
平抛后有:x=v0t ②
H=gt2 ③
联立①②③解得:x2=4Hh.
(2)图象如图所示
对比实验结果与理论计算得到的s2--h关系图线中发现:自同一高度静止释放的钢球,也就是h为某一具体数值时,理论的s2数值大于实验的s2数值,根据平抛运动规律知道同一高度运动时间一定,所以实验中水平抛出的速率小于理论值.
(3)由于客观上,轨道与小球间存在摩擦,机械能减小,因此会导致实际值比理论值小.小球的转动也需要能量维持,而机械能守恒中没有考虑重力势能转化成转动能的这一部分,也会导致实际速率明显小于“理论”速率.
所以造成上述误差的可能原因是小球与轨道间存在摩擦力.
故答案为:(1)4Hh.
(2)小于.
(3)小球与轨道间存在摩擦力.
登上月球的宇航员利用频闪仪(频率为每秒20次)给自由落体的小球所拍的闪光照片如图所示(图上所标数据为小球到达各位置时总的下落高度),则
(1)月球表面重力加速度为:______m/s2(保留两位有效数字).
(2)月球表面没有空气,因此做能量守恒实验具有更好的条件.假设月球表面重力加速度为上述计算值.小球的质量为m,则小球从O点由静止开始下落到E处增加的动能的表达式为______(距离用OA、AB、BC…等字母表示,频闪时间间隔为T),从O点开始下落到E点的过程中减少的势能表达式为______(月球表面重力加速度用g月表示),由照片上的数据可以计算并判断出小球下落过程中机械能______(填“守恒”或“不守恒”).
正确答案
(1)根据逐差法有,物体的加速度为:
a=
其中T=0.05s,(x6+x5+x4)=7.2-1.8=5.4cm,(x1+x2+x3)=1.8cm,代人数据解得a=1.6m/s2.
故答案为:1.6.
(2)根据匀变速直线运动规律,可知E点速度为:vE=.
则小球从O点由静止开始下落到E处增加的动能的表达式为:△Ek=m
=
m
.
减小的势能等于重力所做功,因此有:△EP=mg月•OE
代人数据得:△Ek=m
=
m
=0.08mJ.
重力势能减小为:△EP=mg月•OE=0.08mJ.
由此可知动能增量和重力势能减小量相等,因此机械能守恒.
故答案为:△Ek=m
,△EP=mg月•OE;守恒.
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