- 验证机械能守恒定律
- 共364题
用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种，重锤从高处由静止开始落下，重锤从拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能定恒定律．
（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件
B．将打点计时器接到电源的直流输出端上
C．用天平测量出重锤的质量
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带
E．测量打出的纸带上某些点之间的距离
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
指出其中没有必要进行的步骤是______；操作不恰当的步骤是______．
（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．如图所示，根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为s0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，使用交流电的频率为f，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式：a=______．
（3）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤动能的增加，
其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，可以通过该实验装置测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度的值为g，还需要测量的物理量是______．试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小为F=______．
正确答案
（1）没有必要进行的步骤是：
因为我们是比较mgh、
操作不恰当的步骤是：
应将打点计时器接到电源的交流输出端上，故B错误．
开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误．
故选BD．
（2）利用匀变速直线运动的推论△x=at2a=
（3）还需要测量的物理量是重锤的质量m．
重物下落过程中受重力mg和阻力F，根据牛顿第二定律得：
F合=mg-F
F=mg-ma=mg-
故答案为：（1）C、BD
（2）
（3）重锤的质量m，mg-
用落体验证机械能守恒定律的实验
（1）在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面叙述正确的是______
A．应用天平称出物体的质量
B．应当选用点迹清晰，特别是第一个点没有拉成长条的纸带
C．操作时应先放纸带后接电源
D．打点计时器应接在电压为4～6V的直流电源上
（2）为进行该实验，备有下列器材可供选择
铁架台、电磁打点计时器、复写纸片、纸带、低压直流电源、秒表、导线、开关．其中不必要的器材是______．缺少的器材是______．
（3）若实验中所用重物的质量m=1㎏，打点时间间隔为0.02s，打出的纸带如图所示，O．A．B．C．D为相邻的几点，测的OA=0.78cm．OB=1.79cm．OC=3.14cm．OD=4.90cm，查出当地的重力加速度g=9.80m/s2，则重物在B点时的动能EAB=______ J．从开始下落到B点的过程中，重物的重力势能减少量是______J，由此得出的结论是______．
正确答案
（1）A、因为我们是比较mgh、
B、应当选用点迹清晰，特别是第一个点没有拉成长条的纸带，故B正确．
C、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差．故C错误．
D、打点计时器应接在电压为4～6V的交流电源上．故D错误．
故选B．
（2）其中不必要的器材是低压直流电源、秒表．
缺少的器材是低压交流电源、刻度尺．
（3）利用匀变速直线运动的推论得：
vB=
EkB=
重力势能减小量△Ep=mgh=1×9.8×0.179J=0.175J．
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：（1）B
（2）低压直流电源、秒表；低压交流电源、刻度尺
（3）0.174，0.175，在误差允许范围内，重物下落过程中机械能守恒．
利用自由落体来验证机械能守恒定律的实验：若已知打点计时器的电源频率为50Hz，当地的重力加速度g=9.8 m/s2，重物质量为1.00kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示，其中0为第一个点，A、B、C为另外3个连续点，根据图中数据可知，重物由0点运动到B点，重力势能减少量___________J；动能增加量_________J，产生误差的主要原因是___________________________。（保留3位有效数字）
正确答案
7.62，7.59，存在阻力
在“验证机械能守恒定律”的实验中，电源频率为50Hz，当地重力加速度g=9.80m/s2，测得所用重物质量是1.00kg，甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第一、二两点间的距离分别为0.18cm，0.19cm和0.25cm，可以看出其中一人在操作上有误，具体原因是______．选用第二条纸带，量得三个连续点A、B、C到第一点的距离分别是15.55cm、19.20cm和23.23cm，当打点计时器打在B点时，重物重力势能减少量为______J，重物的动能是______J．
正确答案
（1）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h=
量出各纸带上第一、二两点间的距离分别为0.18cm，0.19cm和0.25cm，可以看出其中一人在操作上误差较大．
具体原因就是先释放纸带后接电源，打点一个点时已经有了速度．
根据重力势能的定义式得出：
当打点计时器打在B点时，重锤的重力势能的减少量为△EP=mgh=1.0×9.8×0.1920 J=1.88 J
利用匀变速直线运动的推论
vB=
根据动能的定义式得出：
EkB=
故答案为：先释放纸带后接电源，打点一个点时已经有了速度． 1.88，1.84．
某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB=________m/s，重锤的动能EkB=________J。从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为________J。（结果保留三位有效数字）
正确答案
1.17，0.684，0.691
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