- 验证机械能守恒定律
- 共364题
(1)用螺旋测微器测圆柱体的直径时,示数如图所示,此示数______mm;
(2)现要测定一个额定电压4V、额定功率1.6W的小灯泡的伏安特性曲线.要求所测电压范围为0.1V~4V.
现有器材:直流电源E(电动势4.5V,内阻不计),电压表V(量程4.5V,内阻约为4×104Ω),电流表A1(量程250mA,内阻约为2Ω),电流表A2(量程500mA,内阻约为1Ω),滑动变阻器R(最大阻值约为30Ω),电键S,导线若干.
如果既要满足测量要求,又要测量误差较小,应该选用的电流表是______,上面两个电路应该选用的是______.
(3)在“验证机械能守恒实验”中,有如下步骤:在竖直放置的铁架台上端固定一个电磁铁(如图甲),通电时,小球被吸在电磁铁上,断电时,小球自由下落.铁架台上有可以移动的光电门.当小球经过光电门时,光电计时装置能测出小球通过光电门所用时间△t.
①如图乙所示,用游标卡尺可测得小钢球的直径:d=______cm;实验时将小钢球从图示位置由静止释放,由数字计时器读出小球通过光电门的时间△t=1.2×10-2s,则小球经过光电门时的瞬时速度为______m/s(所有结果均保留2位有效数字).
②在本次实验中还必须测量的物理量是______(请用文字说明并用相应的字母表示).
③本实验通过比较______和______(用以上所测量的物理量符号表示),在实验误差允许的范围内相等,就可以验证小球机械能守恒.
正确答案
(1)螺旋测微器的读数为d=6.0mm+12.4×0.01mm=6.124mm(6.124-6.126都对)
(2)因小灯泡额定电流为I==
A=0.4A,所以电流表应选A2;由于小灯泡电阻远小于电压表内阻,所以电流表应用外接法,由于测得小灯泡的电流从零开始,所以滑动变阻器应用分压式接法,故电路应选甲.
(3)①游标卡尺读数为d=5mm+2×0.1mm=0.52mm,由v=得,小球经过光电门时的瞬时速度v=
m/s=0.43m/s
②根据机械能守恒定律应有mgL=m
,可见本次实验中还必须测量的物理量是小球出发点到光电门的距离L.
③由mgL=可得,gL=
=
,可见本实验通过比较gL和
是否相等即可验证机械能是否守恒.
故答案为(1)6.124(6.124~6.126都可)
(2),甲
(3)①0.52,0.43,②小球出发点到光电门的距离L,③gL,
在用重锤下落来验证机械能守恒时,某同学按照正确的操作选得纸带如图所示.其中O是起始点,A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点,打点频率为50Hz该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离,并记录在图中(单位:cm)
(1)这五个数据中不符合有效数字读数要求的是______点读数.(填A、B、C、D或E)
(2)实验时,在释放重锤______(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源,在纸带上打出一系列的点.
(3)该实验中,为了求两点之间重锤的重力势能变化,需要知道重力加速度g的值,这个g值应该是:______
A.取当地的实际g值;B.根据打出的纸带,用△s=gT2求出;
C.近似取10m/s2即可; D.以上说法都不对.
(4)如O点到某计时点的距离用h表示,重力加速度为g,该点对应重锤的瞬时速度为v,则实验中要验证的等式为______.
(5)若重锤质量m=2.00×10-1kg,重力加速度g=9.80m/s2,由图中给出的数据,可得出从O到打下D点,重锤重力势能的减少量为______J,而动能的增加量为______J(均保留3位有效数字).
正确答案
(1)毫米刻度尺测量长度,要求估读即读到最小刻度的下一位.
这三个数据中不符合有效数字读数要求的是B点读数.
(2)实验时,在释放重锤之前接通打点计时器的电源,在纸带上打出一系列的点.
(3)实验的目的是验证机械能守恒,所以求解重力势能变化需要的g应取当地的实际g值.如果采用△S=gT2求解,那么求出来的只是运动的加速度.故选A.
(4)O点为起点,则从O到C由机械能守恒定律可知:
mgh=mv2;
变形可知:gh=
(5)从O到打下D点,重锤重力势能的减少量△EP=mgh=0.380J
利用匀变速直线运动的推论
vD=
EkD=mvD2=0.376J
动能的增加量△Ek=0.376J
故答案为:(1)B
(2)之前
(3)A
(4)gh=
(5)0.380,0.376
在验证机械能守恒定律的实验中,质量m=1kg的重物自由下落,在纸带上打出了一系列的点,如图所示,相邻记数点间的时间间隔为0.02s,长度单位是cm,g取9.8m/s2.求:
(1)打点计时器打下计数点B时,物体的速度vB=______m/s(保留两位有效数字).
(2)从起点O到打下记数点B的过程中,物体重力势能减小量△EP=______J,动能的增加量△Ek=______J(保留两位有效数字).
(3)即使在实验操作规范、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)根据匀变速直线运动的推论得:
vB==
cm/s=0.97m/s.
故答案为:0.97.
(2)重力势能减小量:△Ep=mgh=1×9.8×0.0486J=0.48J;
动能的增加量为:△Ek=m
-0=0.47J.
故答案为:0.48,0.47.
(3)由于在物体下落的过程中,不可避免的要克服阻力做功,因此重力势能并没有全部转化为动能,故动能的增量总是要小于重力势能的减小量.
故答案为:重锤下落过程中受到阻力及纸带受到打点计时器的阻力作用,重锤的机械能减小.
用如图1实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒.m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.图2给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图2所示.已知m1=50g、m2=150g,则(结果保留两位有效数字)
(1)在纸带上打下记数点5时的速度v=______m/s;
(2)在0~5过程中系统动能的增量△EK=______J,系统势能的减少量△EP=______J;
(3)若某同学作出v2-h图象如图3,则当地的重力加速度g=______m/s2.
正确答案
(1)v5==
m/s=2.4m/s.
(2)在0~5过程中系统动能的增量△EK=(m1+m2)v52=
×0.2×2.42J≈0.58J.
系统重力势能的减小量为(m2-m1)gx=0.1×9.8×(0.384+0.216)J≈0.59J.
(3)根据系统机械能守恒有:(m2-m1)gh=(m1+m2)v2
则v2=
gh
知图线的斜率k=g=
解得g=9.7m/s2.
故答案为:(1)2.4 (2)0.58、0.59 (3)9.7
在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中,质量m=1.0kg的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列点.如图所示为选取的一条符合实验要求的纸带,O为第一个点,A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点(其他点未画出).已知打点计时器每隔0.02s打一次点,当地的重力加速度g=9.80m/s2,(结果取3位有效数字).那么:
(1)纸带的______端(选填“左”或“右’)与重物相连;
(2)根据图上所得的数据,应取图中O点和______点来验证机械能守恒定律;
(3)从O点到所取点,重物重力势能减少量△Ep=______J,动能增加量△Ek=______J;
(4)实验的结论是______.
正确答案
(1)从纸带上可以看出0点为打出来的第一个点,速度为0,重物自由下落,初速度为0.
所以纸带的左端应与重物相连.
(2)根据图上所得的数据,应取图中O点和B点来验证机械能守恒定律,因为B点的瞬时速度比较方便测量.
(3)重力势能减小量△Ep=mgh=1.0×9.8×0.28 J=2.74J.
利用匀变速直线运动的推论
vB==
=2.33m/s
EkB=mvB2=2.71 J
△Ek=EkB-0=2.71 J
在误差允许范围内,重物下落的机械能守恒.
故答案为:(1)左
(2)B
(3)2.74,2.71,在误差允许范围内,重物下落的机械能守恒.
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