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简答题

用如图1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,重锤上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,即可验证机械能守恒定待律.

①下面列举出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或者操作不恰当的步骤(简要地说明理由).

______.

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2所示,根据打出的纸带,选取带上打出的连续五个点A、B、C、D、E,测出A点距离起始点O的距离为s0,A、C两点间的距离为s1,C、E两点间的距离为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表达式为:a=______.

正确答案

①没有必要进行的步骤是:

因为我们是比较mgh、mv2的大小关系,故m可约去比较,不需要用天平.故C没有必要.故选C.

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.

②利用匀变速直线运动的推论△x=at2

a===

故答案为:①步骤B是错误的,应该接到电源的交流输出端;步骤C不必要,因为根据测量原理,重锤的动能和势能中都包含了质量m,可以约去;步骤D是错误的,应该先接通电源,待打点稳定后再释放纸带.

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某研究性学习小组在做“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50Hz.查得当地的重力加速度g=9.80m/s2.测得所用重物的质量为1.00kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带,把第一个点记作O,每两个计数点之间有四点未画出,另选连续的3个计数点A、B、C作为测量的点,如图所示.经测量知道A、B、C各点到O点的距离分别为50.50cm、86.00cm、130.50cm.

根据以上数据,计算出打B点时重物的瞬时速度vB=______m/s;重物由O点运动到B点,重力势能减少了______J(保留3位有效数字),动能增加了______J(保留3位有效数字).根据所测量的数据,还可以求出物体实际下落的加速度为______m/s2,则物体在下落的过程中所受到的阻力为______N.

正确答案

根据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可以求出某点的瞬时速度大小,

有B点时重物的瞬时速度为vB==cm/s=4m/s

重力势能的减小量等于其重力做功大小,因此有:

△Ep=mghoB═1×9.8×86.0×10-2J=8.43J

根据动能表达式,则有动能的增加:△EK=m=×1×42J=8J

设x1=86-50.5=35.5cm,x2=130.50cm-86cm=44.5cm

根据△h=gT2

将△h=(44.5-35.5)=9cm,T=0.1s,带入解得:g=9.00m/s2

根据牛顿第二定律,则有mg-F=ma,得F=mg-ma=1×(9.8-9.0)N=0.8N

故答案为:4;8.43;8.00;9.00;0.8

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用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验.已知打点计时器所用电源的频率为50Hz.查得当地的重力加速度g=9.80m/s2,某同学选择了一条理想的纸带,用刻度尺测量各计数点到O点的距离如图所示.图中O点是打点计时器打出的第一个点,A,B,C,D分别是每隔一个点取的计数点,则重物由O点运动到B点时,重力势能的减小量等于______mJ,动能的增加量为______mJ(保留三位有效数字,其中重物质量m已填好),产生误差的主要原因是______.(写出一条即可)

正确答案

图中O点是打点计时器打出的第一个点,A,B,C,D分别是每隔一个点取的计数点,所以相邻的计数点的时间间隔是0.04s.

重物由O点运动到B点时,重物的重力势能的减少量△Ep=mgh=9.8×0.7857mJ=7.70mJ.

利用匀变速直线运动的推论

vB==1.95m/s

EkB=mvB2=1.90 mJ

△Ek=EkB-0=0.190  mJ

这样验证的系统误差总是使重物的重力势能的减少量略大于动能的增加量,原因是纸带与打点计时器间有摩擦阻力,或存在空气阻力.

故答案为:7.70,1.90,纸带与打点计时器间有摩擦阻力,或存在空气阻力.

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(1)进行“验证机械能守恒定律”的实验,有下列器材可供选用:铁架台,打点计时器,复写纸,重锤,纸带,秒表,低压直流电源,导线,电键,天平.其中不必要的器材有:______;缺少的器材______.

(2)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)在该实验中,通过打点计时器来记录物体运动时间,不需要秒表,打点计时器需要的是交流电源,因此低压直流电源不需要,缺少低压交流电源,由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉,因此不需要天平,同时实验中缺少刻度尺.

故答案为:秒表、低压直流电源、天平;低压交流电源、刻度尺.

(2)由题可得:

vB===1.17m/s

EKB==0.684J

②物体重力势能减小量:mghD=0.691J

故答案为:1.17;0.684;0.691.

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某同学利用如图(1)所示的装置来验证由小车与钩码组成的系统机械能守恒

(1)现提供如下器材:

A.小车  B.钩码 C.一端带滑轮的长木板  D.细绳 E.电火花打点计器  F.纸带 G.毫米刻度尺  H.游标卡尺

I.低压交流电源  J.220V交流电源.

实验中不需要的器材是______(填写器材前的字母),还需要的器材是______

(2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响,使验证结果尽可能准确,则小车质量M和钩码质量m的关系应该满足______

(3)小明和小军同学在做该实验时,小明认为只要采用平衡摩擦力的方法将摩擦力平衡掉就可以了,无须满足(2)问中

小车质量M和钩码质量m的关系,而小军却否认小明的看法,你认为小明的看法______(选填“正确”或“不正确”),

理由是______

(4)两位同学统~观点后完成实验,得到一条纸带,去掉前面比较密集的点,r选择点迹清晰且便于测量的连续7个点(标号

为0-6),测出相关距离如图(2)所示,要验证在第2点与第5点时系统的机械能相等,则应满足关系式______(设小车

质量M钩码质量m,打点周期为T.)

正确答案

(1)实验不需要游标卡尺,距离由刻度尺测量,电火花计时器直接使用220V,不需要低压交流电源,

不需要的器材是H,I.还需要天平测量钩码的质量.

(2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响,使验证结果尽可能准确,则小车质量M和钩码质量m的关系应该满足M<<m,

这样能使摩擦力做的功相对少些,以减小机械能的损失.

(3)小明的看法不正确,因为平衡摩擦力后,摩擦力还做负功,系统机械能不守恒.

(4)利用匀变速直线运动的推论:

v2=

v5=

第2点与第5点时系统的动能增加(M+m)(2-(M+m)(2第2点与第5点时系统的重力势能减小量:mg(d5-d2

应满足关系式mg(d5-d2)=(M+m)(2-(M+m)(2

故答案为:

(1)H,I,天平

(2)M<<m

(3)不正确,因为平衡摩擦力后,摩擦力还做负功,系统机械能不守恒.

(4)mg(d5-d2)=(M+m)(2-(M+m)(2

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