- 验证机械能守恒定律
- 共364题
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。
(1)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;
(2)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。
正确答案
(1)1.175,0.69
(2)0.69
一打点计时器固定在斜面上某处,一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下,如图甲所示.用刻度尺测量斜面的高度与长度之比为1:4,小车质量为400g,图乙是打出纸带的一段,相邻计数点间还有四个点未画出,已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz.由图乙可知,打纸带上B点时小车的瞬时速度vB=______m/s,打纸带上B点到E点过程中小车重力势能的减少量为______J,此过程中小车克服阻力所做的功为______J.(g取10m/s2,保留两位有效数字)
正确答案
①根据中点时刻的速度等于平均速度得:vB==
=0.15m/s
vE==
=0.33m/s
②小车重力势能的减少量:△EP=mg△h=0.4×10×(0.1350-0.0630)=0.072J
③根据加速度的定义式得:
a==
=
=0.6m/s2
根据牛顿第二定律得:mgsinθ-f=ma
解得:f=mg-ma=0.76N
所以克服阻力所做的功:W=-Wf=0.76×(0.135-0.063)J=0.055J
故答案为:0.15; 7.2×10-2; 5.5×10-2.
一同学在学习了机械能守恒定律后,认为小球沿竖直光滑曲面自由下滑的过程机械能是守恒的,于是设计了如图所示的实验装置加以验证。图中曲面固定,底端B处切线水平且与桌的右边缘相齐,他的实验步骤如下:
a.在木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处,使小球从曲面上某点A由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;
b.将木板向右平移适当的距离固定,再使小球由A点静止释放,撞到木板上得到痕迹P;
c.测出OP的距离y,竖直木板向右移动的距离L,查出当地重力加速度g。
(1)要验证小球由A到B过程中机械能守恒,还需测量的物理量及符号是_______;
(2)用上述测量量验证机械能守恒的表达式应该是____;
(3)从实验结果来看,小球沿曲面下滑的过程机械能是减少的,原因是_______。
正确答案
(1)AB间高度h
(2)
(3)下滑过程中小球克服摩擦力做功
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
如图为某同学“验证机械能守恒定律”的实验装置示意图.现有的器材为:带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平.回答下列问题
(1)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有______.
(填入正确选项前的字母)
A.米尺
B.秒表
C.0~12V的直流电源
D.0~12V的交流电源
(2)该同学在实验中打出的一条纸带如图所示,其中A、B、C和D、E、F分别是在纸带上不同位置连续选取的3个打印点(其他点未标出).用刻度尺量出AC、BE、DF的距离分别为x1=3.84cm,x2=40.01cm,x3=11.80cm,重锤的质量m=0.5kg,电源的频率f=50Hz,重力加速度g取9.80m/s2.根据以上数据可知,重锤由B点运动到E点的过程中,重力势能减少了______J,动能增加了______J.(保留三位有效数字)
(3)根据第(2)问的结果,可以得到的结论是:______
(4)实验中误差产生的原因有______.(至少写出一个原因)
正确答案
(1)打点计时器需接0~12V的交流电源,测量瞬时速度以及下降的距离需要米尺.打点计时器可以测量时间,不需要秒表.故选AD.
(2)重力势能的减小量△Ep=mgx2=0.5×9.8×0.4001J=1.96J.
B点的瞬时速度vB==
m/s=0.96m/s,vE=
=
m/s=2.95m/s,则动能的增加量△EK=
m(vE2-vB2)=
×0.5×(2.952-0.962)≈1.95J.
(3)结论是在误差允许的范围内,重锤下落过程中减少的重力势能等于它增加的动能.
(4)实验产生误差的原因是纸带与打点计时器之间有摩擦.
故答案为:(1)AD (2)1.96,1.95
(3)在误差允许的范围内,重锤下落过程中减少的重力势能等于它增加的动能,或重锤在下落过程中的机械能守恒.
(4)纸带与打点计时器之间有摩擦,重锤下落过程中受到空气阻力等.
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