- 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,打点计时器接在电压为U,周期为T s的交流电源上,从实验中打出的几条纸带中选出一条理想纸带,如图所示,选取纸带上打出的连续3个点A、B、C,测出A点距起始点的距离为S0 m,点AB间的距离为S1 m,点BC间的距离为S2 m,己知重锤的质量为m kg,当地的重力加速度为g,则:
起始点O到打下B点的过程中,重锤重力势能的减少量为ΔEp=________ J,重锤动能 的增加量为ΔEk=________ J;由于纸带与限位孔之间的摩擦力以及空气阻力的存在,重锤重力势能的减少量Δ Ep要________(填“大于”、“等于’’或“等于”)重锤动能的增加量为ΔEk。
正确答案
mg(S1+S0);;大于
(1)用落体法验证机械能守恒定律的实验中,
①运用公式mv2=mgh对实验条件的要求是______,为此,所选择的纸带第1、2点间的距离应接近______.
②下列说法正确的是______
A、要用天平称重锤质量
B、选用质量大的重锤可减少实验误差
C、实验结果总是动能增加略小于重力势能的减少
D、实验结果总是功能增加略大于重力势能的减少
(2)在验证机械能守恒定律的实验中,质量m=1kg的重锤自由下落,在纸带上打出了一系列的点,如图2所示,相邻记数点时间间隔为0.02s,长度单位是cm,g取9.8m/s2.
①打点计时器打下记数点B时,物体的速度VB=______.(结果保留三位有效数字)
②从点O到打下记数点B的过程中,物体重力势能的减小量△EP=______,动能的增加量△EK=______.(结果均保留两位有效数字)
③在实验操作规范,数据测量及数据处理很准确的前提下,该实验求得的△EP也一定略大于△EK,这是实验存在系统误差的必然结果,试分析该系统误差产生的主要原因______.
正确答案
(1)①用公式mv2=mgh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50Hz,打点周期为0.02s,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,
所以有:h=gT2=×9.8×0.022 m≈2mm.
②A、根据机械能守恒表达式可知,验证过程不需要测量重锤质量,故A错误;
B、为了减小阻力对其影响,选用重锤时,应该选用质量大体积小重锤的进行实验,故B正确;
CD、由于重锤下落过程中克服阻力做功,因此动能的增加量小于重力势能的减小量,故C正确、D错误.
故选:BC.
(2)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==
m/s=0.972m/s
故答案为:0.972m/s.
②物体重力势能减小量:△EP=mgh=1×9.8×0.0486=0.476J
动能的增加量为:△Ek=mvB2=
×1×0.9722=0.473J
③由于纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力,重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能,所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量.
故答案为:(1)①物体在只受重力的作用下,初速度为0的运动;2mm.②BC.
(2)①0.972m/s;②0.476J;0.473J;③各种阻力做功,机械能转化为内能.
在用落体法探究“动能与重力势能的转化和守恒”的实验中:
(1)实验器材除了铁架台、电源、纸带、刻度尺、重物及夹子外,还需要有______(填选项前的字母)
A.秒表 B.天平 C.打点计时器D.弹簧秤
(2)重物拖着纸带从高处自由下落,挑选一条点迹清晰的纸带进行测量和计算,就可探究动能与重力势能的转化和守恒.实验中发现重物重力势能的减少量总是大于动能的增加量,其原因主要是______.
正确答案
(1)本实验要测量物体下落的速度,才能知道动能,故需要打点计时器测量速度,秒表、天平、弹簧秤都不需要.
故C正确、ABD错误.
故选:C.
(2)在该实验中,由于摩擦力、空气阻力等阻力的存在,重锤减小的重力势能总是稍稍大于重锤动能的增加量;若重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加量,而且比较明显,就要考虑阻力太大的原因.在该实验过程的步骤A中,没有检查打点计时器的两个限位孔是否在同一条竖直线上,导致摩擦力太大,应该是导致误差太大的主要原因.
故答案为:(1)C;(2)实验过程中存在摩擦阻力.
某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时,打下的一条纸带如图所示,第四个点、第七个点、第十个点分别与第一个点0(测量起点)间的距离为hA=1.75cm,hB=7.00cm,hC=15.7cm,交流电的周期是0.02s,当地的重力加速度g=9.8m/s2,由公式vB=可得υB=______m/s,若用关系式υB=g•tn,可得υB′=______m/s,经计算可知,υB______(选填“>”、“<”或“=”)υB′;△EK=
mvB2与△EP=mghB相比较,△Ek______(选填“>”、“<”或“=”)△EP.(结果保留三位有效数字)
正确答案
根据公式:vB=代入数据解得:
vB=1.16m/s;
vB′=gtn=9.8×6×0.02=1.18m/s;
因此有:vB<vB′;
由于物体下落过程中,不可避免的受到阻力作用,因此动能的增量小于重力势能的减小量,即△Ek<△Ep.
故答案为:1.16,1.18,>,<.
如图为验证机械能守恒定律的实验打下的纸带,纸带上的点都是连续打下的点.已知打点计时器所用交流电源周期为T,重力加速度为g.量得1、2、3各点到起点O的长度是:h1,h2,h3.已知重锤质量为m,从起点O到2点重锤重力势能减少量为______,动能增加量为______.事实上重锤重力势能的减少量与动能的增加量不会严格相等,主要误差原因是______.(写出一条即可)
正确答案
利用匀变速直线运动的推论
v2==
重物由0点运动到2点时,重物的重力势能的减少量△Ep=mgh2Ek2=mv22=
m(
h3-h1
2T
)2
(3)事实上重锤重力势能的减少量与动能的增加量不会严格相等,原因是纸带与打点计时器间有摩擦阻力,或存在空气阻力,机械能损失.
故答案为:mgh2;m(
)2;纸带与打点计时器间有摩擦阻力.
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