- 验证机械能守恒定律
- 共364题
某研究性学习小组用如图所示装置验证机械能守恒定律。如图所示,悬点O正下方P点处放有水平放置炽热的电热丝,当绷直的悬线连接小球于A点由静止释放,悬线摆至电热丝B点(B点为平衡位置)处时能在瞬间轻易被烧断,小球由于惯性向前飞出做平抛运动,在地面上放上白纸,上面覆盖着复写纸,当小球落在复写纸上时,会在下面白纸上留下痕迹。用重垂线确定出A、B点的投影点N、M,用米尺量出AN的高度h1,BM的高度h2,算出A、B两点的竖直距离,再量出M、C (C为小球落地点)之间的距离s,即可验证机械能守恒定律。已知重力加速度为g,小球的质量为m,则:
(1)小球平抛时的初速度v0=____;
(2)小球从A到B过程中,重力势能的减少量△Ep=___,动能的增加量△Ek=____。(上述结果用h1、h2、s、g、m中的某些字母表示)
正确答案
(1)
(2)mg(h1-h2),
某同学在应用打点计时器做“验证机械能守恒定律实验”中,获取一条纸带,但起始几个点比较模糊,就取后面连续打出的清晰点来研究,如图所示。现在该同学用刻度尺分别量出l、2、3、4、5五个点到0点的长度hi(i=1、2、3、4、5),再分别计算得到l、2、3、4四个点的速度vi和(i=1、2、3、4),然后该同学将计算得到的四组(hi,
)数据在
-h坐标系中找到对应的坐标点,将四个点连接起来得到如图所示的直线,已知打点计时器打点周期为T。
(1)该同学求4号点速度的计算式是:v4=____________;
(2)若重锤自由下落过程中机械能守恒,则v2-h图线的斜率为____________,图线在v2轴上的截距表示____________。
正确答案
(1)
(2)2g,0点速度的平方
如图为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,有选错或不答的得0分)
A.刻度尺 B.秒表
C.低压直流电源 D.低压交流电源
(2)若实验中所用重锤质量m=1.0kg,打点纸带如图所示,打点时间间隔为0.02s,则记录B点时,重锤的速度vB=______m/s,重锤动能EKB=______J.从开始下落起至B点,重锤的重力势能减少量是______J.(取g=9.8m/s2,本题结果保留两位有效数字,图8中数据是从起始点O到各点的距离)
正确答案
(1)通过打点计时器计算时间,故不需要秒表.
打点计时器应该与交流电源连接.
需要刻度尺测量纸带上两点间的距离.
故选AD.
(2):利用匀变速直线运动的推论
vB==
0.79m/s
EkB=mvB2=0.31J
根据重力势能的定义式得出:
从打下计数点B到打下计数点D的过程中,重锤重力势能减小量△EP=mgh=1.0×9.8×0.0324 J=0.32J
故答案为:(1)AD
(2)0.79,0.31,0.32
(1)某研究性学习小组用如图1所示装置验证机械能守恒定律.图中悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时能瞬间被烧断,小球由于惯性向前飞出做平抛运动.在水平地面上放上白纸,上面覆盖着复写纸,当小球落在复写纸上时,会在下面白纸上留下痕迹.用重垂线确定出A、B点在白纸上的投影点N、M.用米尺量出AN的高度H、BM的高度h,算出A、B两点的竖直距离,再量出M、C之间的距离x,即可验证机械能守恒定律.已知重力加速度为g,小球的质量为m.
①用题中所给的物理量表示出小球从A到B过程中,重力势能的减少量△EP=______,动能的增加量△Ek=______;
②要想验证小球从A到B的过程中机械能守恒,只需验证关系式______成立即可.
(2)①在“测金属电阻率”实验中,用螺旋测微器测得金属丝的直径的读数如图2所示,则直径d=______mm.
②测得接入电路的金属丝的长度为L,已知其电阻大约为25Ω.
在用伏安法测其电阻时,有下列器材供选择,除必选电源(电动势1.5V,内阻很小)、导线、开关外,电流表应选______,电压表应选______,滑动变阻器应选______.(填代号)并将设计好的测量电路原理图画在虚框内(图3).
电流表 A1(量程40mA,内阻约0.5Ω)
电流表A2(量程10mA,内阻约0.6Ω)
电压表V1 (量程6V,内阻约30kΩ)
电压表V2(量程1.2V,内阻约的20kΩ)
滑动变阻器R1(范围0-10Ω)
滑动变阻器R2(范围0-2kΩ)
正确答案
(1)重力势能的减小量等于重力做功:△Ep=mgh=mg(H-h)
动能增量为:.△EK=m
=
从A到B过程中,重力势能的减小量与动能的增加量,均有重力大小.故可以消去.
因此只要验证H-h=,即可确定守恒.
(2)由于可动刻度的“0”在固定刻度下方,因此固定刻度的读数为:0.5mm,可动刻度读数为0.01×40.0mm=0.400mm,所以最终读数为:0.5mm+0.4000mm=0.900mm.
由于估读情况不同,为减小读数误差,根据电源电动势1.5V,而待测电阻阻值为25Ω,因此选量程为40mA电流表,故选电流表A1;对于电压来说,量程为1.2V,虽然低于1.5V,但相对于6V来讲准确.故选:电压表V2,滑动变阻器的特点是:电阻大的调节精度低,电阻变化快,操作不方便,故选小电阻的,即选R1;
伏安法测电阻时,测量较大电阻用安培表内接法,测量较小电阻用安培表外接法,本题待测电阻与安培表电阻相接近,故采用安培表外接法,电路图如图所示;
故答案为:(1)①mg(H-h),
②H-h=
(2)①0.900
②Al,V2,R1,测量电路原理图如图.
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下落,重锤上拖着的纸带打出一系列的点,对下图纸带上的点痕进行测量,即可验证机械能守恒定律.
(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”上;
C.用天平测出重锤的质量;
D.先接通电源,后释放纸带,打出一条纸带;
E.测量纸带上某些点间的距离;
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.
其中没有必要进行的步骤是______,操作不当的步骤是______.
(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值.根据打出的纸带,选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E,测出各点之间的距离如下图所示.使用交流电的频率为f,则计算重锤下落的加速度的表达式a=______.(用s1、s2、s3、s4及f表示)
(3)在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能,其主要原因是重锤和纸带下落过程中存在阻力作用,可以通过该实验装置测阻力的大小.若已知当地重力加速度为g,还需要测量的物理量是______.试用这些物理量和纸带上的数据符号表示重锤和纸带在下落的过程中受到的平均阻力大小F=______.
正确答案
(1)关于重锤的质量可测也可不测,因为物体的质量在验证机械能守恒定律的实验中可以约去,所以没有必要的步骤是C.打点计时器应接交流电源,所以操作不当的步骤是B.
(2)根据匀变速直线运动的推论知,a1==
,a2=
=
,则加速度a=
=
.
(3)根据牛顿第二定律得,mg-f=ma,则f=mg-ma=m[g-].知还需要测量的物理量是重锤的质量m.
故答案为:(1)步骤C不必要;步骤B是错误的.
(2)a=
(3)重锤的质量m,m[g-]
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