第九节 实验:验证机械能守恒定律 课后作业
1.(注意事项)在“验证机械能守恒定律”实验中,纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示,其中最合适的是( )
答案 D
解析 A、B纸带弯折会产生很大的摩擦阻力,B、C重锤起始位置离打点计时器太远,D中操作最合适,选D。
2.(误差分析)用图所示装置验证机械能守恒定律,由于电火花计时器两限位孔不在同一竖直线上,使纸带通过时受到较大的阻力,这样实验造成的结果是( )
A.重力势能的减少量明显大于动能的增加量 B.重力势能的减少量明显小于动能的增加量 C.重力势能的减少量等于动能的增加量 D.以上几种情况都有可能
答案 A
解析 由于重物下落时要克服阻力做功,重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能,故重力势能的减少量大于动能的增加量,A正确。
3.(实验原理)在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列物理量中需要直接测量的是( )
A.重物的质量 B.重力加速度 C.重物下落的高度
D.重物下落某一高度所对应的瞬时速度 答案 C
解析 重物的质量不需要测量;重力加速度是已知的;重物下落的高度需要测量;瞬时速度是根据纸带上的数据计算得出的。故应选C。
第九节 实验:验证机械能守恒定律 课后作业
4.(数据处理)(多选)如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带,有关尺寸在图中已注明。我们选中n点来验证机械能守恒定律,下面举出一些计算n点速度的方法,其中正确的是( )
A.vn=gnT B.vn=g(n-1)T C.vn=答案 CD
解析 直接利用重力加速度g来计算n点速度,相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律,A、B均错误;n点的速度等于n-1到n+1两点间的平均速度,故C、D正确
5.(实验原理)在研究重物自由下落过程中机械能守恒的实验中,得到如图所示的一条纸带,该纸带上最初打出的几个点不清楚,纸带上留下的是最后面的一些点。算出打下B、C两点时重物的速度分别是vB、vC,测得B、C两点间的距离为h,那么验证机械能守恒的表达式可写为( )
sn+sn+1hn+1-hn-1
D.vn= 2T2T
1212
222A.gh=v2C-vB B.gh=vC-vB C.vC=vB+gT D.vB+vC=2gh 22答案 B
解析 从B运动到C的过程中,重力势能的减少量为ΔEp=mgh,
1212
动能的增加量为ΔEk=mvC-mvB,所以验证机械能守恒的表达式为
2212121212
mgh=mvC-mvB,即gh=vC-vB,B正确。
2222
6.(实验原理和注意事项)(多选)在“验证机械能守恒定律”的实验中,有关重物的质量,下列说法正确的是( )
A.应选用质量较大的重物,使重物和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力 B.应选用质量较小的重物,使重物的惯性小一些,下落时更接近于自由落体运动 C.不需要称量重物的质量
D.必须称量重物的质量,而且要估读到0.01 g
第九节 实验:验证机械能守恒定律 课后作业
答案 AC
解析 本实验依据的原理是用重物自由下落验证机械能守恒定律,因此重物的质量应取得大一些,以便系统所受的阻力和重物的重力相比可以忽略不计,保证重物做自由落体运动。对做自由落体运动的物体来说,物体的机械能守恒,即重力势能的减小量等于其动能的增加1量,设重物质量为m,下落高度为h时的速度为v,则有mv2=mgh,约去m后,有v2=2gh。
2分别计算对应的v2和2gh,看它们在误差允许范围内是否相等,即可验证机械能守恒定律是否成立。故选A、C。
7.(数据处理)用落体法验证机械能守恒定律的实验中得到如图所示纸带。根据纸带算出v2
相关各点的速度v,测量出下落距离h,则以为纵轴,以h为横轴画出的图象应是( )
2
答案 C
v2v212
解析 由机械能守恒定律得mgh=mv,得=gh,可以看出与h成正比例关系,图
222线是过原点的直线,故C正确。
8.(数据处理)在“用自由落体法验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器所接交流电频率为50 Hz,当地重力加速度g=9.80 m/s2。实验选用重锤质量为m(kg),从所打纸带中选择一条合适的纸带,如图所示。O是打下的第1点,纸带上连续的点A、B、C、D至第1点O的距离如图所示,则重锤从O运动到C,重力势能减少________。打下C点时重锤的速度为________m/s。其动能增加________。
答案 5.50m J 3.3 5.45m J 解析 重锤从O运动到C,重力做功 WG=mg·hOC=9.80m×56.1×10-2 J≈5.50m J
xBD?62.8-49.6?×102
故重力势能减少5.50m J,重锤过C点时速度:vC== m/s=3.3 m/s,
2T2×0.02
-
第九节 实验:验证机械能守恒定律 课后作业 121增加的动能ΔEk=mvC=m×3.32 J≈5.45m J
22
9.(综合)某同学做“验证机械能守恒定律”实验时,不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏,损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出并标在图中,单位是cm。打点计时器工作频率为50 Hz,重力加速度g取9.8 m/s2。
(1)设重物质量为m(kg),重物在2点的速度v2=________,在5点的速度v5=________,此过程中动能增加量ΔEk=________,重力势能减少量ΔEp=________。由以上可得出实验结论:________________________________。
(2)重物获得的动能往往________(A.大于 B.小于 C.等于)减少的重力势能,实验中产生系统误差的原因是________________。
(3)根据实验判断下列图象正确的是(其中ΔEk表示重物动能的变化量,Δh表示物体下落的高度)( )
答案 (1)1.50 m/s 2.075 m/s 1.03m J 1.06m J 在误差允许的范围内,机械能守恒
(2) B 重物下落时要克服阻力做功 (3) C
解析 (1)根据匀变速直线运动的规律,可以求出重物在2点的速度
?2.8+3.2?×10-2v2= m/s=1.50 m/s,
2×0.02
?4.0+4.3?×10-2
重物在5点的速度v5= m/s=2.075 m/s,
2×0.021212
所以动能增加量为ΔEk=mv5-mv2≈1.03m J,
22
重物从2点到5点,重力势能减少量为ΔEp=mgh25=1.06m J, 由以上可得出实验结论为在误差允许的范围内,机械能守恒。
(2)由于重物下落时要克服阻力做功,所以获得的动能小于减少的重力势能。
(3)重物机械能守恒,重物减少的重力势能转化为增加的动能,即ΔEk=mgΔh,可见重物增加的动能与下落的高度成正比,C正确。
10.(实验创新)用如图甲所示的实验装置验证质量分别为m1、m2的物体组成的系统机械能守恒。物体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
第九节 实验:验证机械能守恒定律 课后作业
迹进行测量来验证机械能是否守恒。如图乙所示是实验中获取的一条纸带,0点是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点未画出,计数点间的距离如图所示。已知m1=50 g,m2=150 g,打点计时器的工作频率为50 Hz。(g取10 m/s2,结果保留两位有效数字)
(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.将打点计时器接到直流电源上 C.先释放m2,再接通电源打出一条纸带 D.测量纸带上某些点间的距离
E.根据测量的结果,分别计算系统减少的重力势能和增加的动能 其中操作不当的步骤是________(填选项对应的字母); (2)在纸带上打下计数点5时的速度v=________ m/s;
(3)在打点0~5过程中系统动能的增加量ΔEk=________ J,系统重力势能的减少量ΔEp
=________ J,由此得出的结论是____________________;
v2
(4)若某同学作出-h图象如图所示,写出计算当地重力加速度g的表达式________,并
2计算出当地的实际重力加速度g=________ m/s2。
答案 (1)BC (2)2.4 (3)0.58 0.60 在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒
?m1+m2?v2
(4)g= 9.7
2h?m2-m1?
解析 (1)在实验过程中,应将打点计时器接到交流电源上,B错误;应先接通电源,待打点计时器工作稳定后再释放m2,C错误
(2)在纸带上打下计数点5时的速度v=
21.60+26.40
×10-2 m/s=2.4 m/s
2×0.1
实验:验证机械能守恒定律(课后作业解析word)
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