高中物理人教版 (2019)必修 第二册实验：验证机械能守恒定律同步训练题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册实验：验证机械能守恒定律同步训练题，共3页。试卷主要包含了02 s=0，7 m/s2，94-18等内容，欢迎下载使用。
1.某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。
(1)除了图中所示器材外,还需要的器材有 。
A.刻度尺
B.秒表
C.交流电源
D.直流电源
(2)某次实验时得到一条纸带如图乙所示,重锤(质量为m)开始下落时打点计时器打下的点为O,中间有一段点迹不清晰,后一段较清晰,在清晰的一段上连续选出A、B、C、D四个计时点,测得它们到O点的距离分别为s1、s2、s3、s4,打点计时器打点周期为T,当地重力加速度为g,则打C点时重锤的动能为 ,O到C这一段上重锤重力势能的减少量为 。
答案:(1)AC (2)m(s4-s2)28T2 mgs3
解析:(1)打点计时器使用的是交流电源,实验中不需要测量时间,所以不需要秒表;需要测量点迹间的距离,所以需要刻度尺,选项A、C正确。
(2)打C点时重锤的速度为v=s4-s22T,
打C点时重锤的动能为Ek=12mv2=m(s4-s2)28T2,
O到C这一段上重锤重力势能的减少量为Ep=mgs3。
2.用如图甲所示的实验装置验证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。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个打下的点(图中未标出),电源频率为50 Hz,计数点间的距离如图乙所示。已知m1=50 g,m2=150 g,则(计算结果保留两位有效数字)
甲
乙
(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5= m/s;
(2)在计数点0~5过程中系统动能的增量ΔEk= J,为了简化计算,设g=10 m/s2,则系统重力势能的减少量ΔEp= J;
(3)在本实验中,若某同学作出了v22-h图像如图丙所示,h为从起点量起的长度,则据此得到当地的重力加速度g= m/s2。
丙
答案:(1)2.4 (2)0.58 0.60 (3)9.7
解析:(1)根据题意可知纸带上相邻计数点之间的时间间隔T=5×0.02 s=0.1 s,
v5=x462T=2.4 m/s。
(2)在计数点0~5过程中系统的动能增加,且m1、m2的动能都增加,所以有ΔEk=12(m1+m2)v52=0.576 J≈0.58 J,
系统的重力势能减少,且m1的重力势能增加,m2的重力势能减少,所以有ΔEp=(m2-m1)gh05=0.60 J。
(3)根据机械能守恒,减少的重力势能等于增加的动能,即(m2-m1)gh=12(m1+m2)v2,
代入数据得v2=gh,
所以v22-h图像斜率的二倍即为当地的重力加速度g的值,即g=2× m/s2=9.7 m/s2。
3.两种验证机械能守恒定律的实验装置如图甲、乙所示。
(1)图甲中,释放纸带前,正确的操作方式是 。
甲
(2)图乙中,将拉力传感器固定在天花板上,不可伸长的细线一端连在拉力传感器上的O点,另一端系住可视为质点的钢球。开始钢球静止于最低位置,此时拉力传感器示数为F0,重力加速度为g,则钢球质量m= ;将钢球拉至细线与竖直方向成θ角度由静止释放,记下传感器的最大示数F,改变θ角,重复操作,记下每次传感器的最大示数F,并作出FF0-cs θ图像,如果钢球的机械能守恒,下列图像合理的是 。
乙
答案:(1)C (2)F0g C
解析:(1)为了减小阻力,两限位孔与纸带要在同一竖线上,用手提重物时,为充分利用纸带,重物应尽量靠近打点计时器,选项C正确。
(2)根据题意,由平衡条件有F0=mg,
解得m=F0g,
根据机械能守恒则有mgl(1-cs θ)=12mv2,
在最低点拉力与重力的合力提供向心力F-mg=mv2l,
联立解得FF0=-2cs θ+3,图线为斜率为负的一次函数,选项C正确。
4.某同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律,已知当地重力加速度为g。主要实验步骤如下:
①用游标卡尺测量挡光片的宽度d,用量角器测出气垫导轨的倾角θ;
②测量挡光片到光电门的距离L;
③由静止释放滑块,记录数字计时器显示挡光片的挡光时间t;
④改变L,测出不同L所对应的挡光时间t;
⑤用天平测出滑块和挡光片的总质量m。
根据上述实验步骤请回答:
(1)滑块通过光电门时速度的表达式v= (用实验中所测物理量符号表示)。
(2)滑块下滑至光电门的过程中,动能的增加量为 ;重力势能的减小量为 。
(3)根据实验测得的多组L、t数据,可绘制1t2-L图像,图像的纵坐标为1t2,横坐标为L,如果滑块下滑过程符合机械能守恒定律,则图像应为过原点的一条倾斜直线,其斜率为 (用d、θ、g表示)。
答案:(1)dt (2)12mdt2 mgLsin θ (3)2gsinθd2
解析:(1)滑块通过光电门时速度的表达式为v=dt。
(2)滑块在通过光电门时的动能为
Ek=12mv2=12mdt2,
所以动能的增加量为ΔEk=Ek-0=12mdt2,
滑块下落的高度为h=Lsin θ,重力做功为WG=mgh=mgLsin θ,
由重力做功和重力势能的关系可知
ΔEp减=mgLsin θ。
(3)该过程由动能定理有mgLsin θ=12mdt2,整理有1t2=2gsinθd2L,
结合题意以及表达式可知,其图像的斜率为k=2gsinθd2。
5.在验证机械能守恒定律的实验中,某同学实验时,手总是抖动,找不出一条起始点迹清晰的纸带,该同学便选取一段纸带进行测量,如图所示,A、B、C、D、E、F是以2个计时点为1个计数点,其测量结果是lAB=4.53 cm,lAC=10.58 cm,lAD=18.17 cm,lAE=27.29 cm,lAF=37.94 cm(g取9.8 m/s2)。
(1)若重物质量为m,从B到E重力势能减少了多少?
(2)从B到E动能增加了多少?
(3)试对实验结果进行分析。
答案:(1)2.23m J
(2)2.18m J
(3)在实验误差允许的范围内,动能的增加量等于重力势能的减少量,即机械能守恒。
解析:(1)ΔEp=mgΔh=mg·lBE=m×9.8×(27.29-4.53)×10-2 J=2.23m J。
(2)由匀变速运动的速度特征得
vB=vAC=lAC2T=10.58×10-22×0.04 m/s=1.32 m/s,
vE=vDF=lDF2T=(37.94-18.17)×10-22×0.04 m/s=2.47 m/s,
又根据Ek=12mv2,有EkB=12×m×1.322 J=0.87m J,
EkE=12×m×2.472 J=3.05m J,
故ΔEk=EkE-EkB=(3.05m-0.87m) J=2.18m J。
(3)动能增加量为2.18m J,略小于重力势能减少量,考虑实验误差,在实验误差允许的范围内,动能的增加量等于重力势能的减少量,即机械能守恒。