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2019-2020年高二物理 第6單元：達(dá)標(biāo)訓(xùn)練（8、實驗：驗證機械能守恒定律）(有解析) 大綱人教版 基礎(chǔ)鞏固 1.關(guān)于“驗證機械能守恒定律”的實驗，下列說法中正確的是（　?。? A.選用重物時，重的比輕的好 B.選用重物時，體積小的比大的好[C.選用重物時，要稱出它的質(zhì)量 D.重物所受的重力，應(yīng)選大于它所受的空氣阻力和紙帶受到打點計時器的阻力 解析：可以從減少實驗誤差的角度加以分析判斷，要知道空氣阻力及紙帶所受打點計時器的阻力是本實驗誤差的來源之一. 答案：ABD 2.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大阻力，這樣的結(jié)果會有（　?。┆獳. B. C. D.以上都有可能 解析：兩限位孔不在同一直線上時，摩擦力做功不能忽略，機械能將減少，一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 答案：A 3.在“利用重錘自由下落驗證機械能守恒定律”的實驗中，產(chǎn)生誤差的主要原因是（　?。? A.重錘下落的實際高度大于測量值 B.重錘下落的實際高度小于測量值C.重錘實際末速度v大于gt（g為重力加速度，t為下落時間） D.重錘實際末速度v小于gt 解析：本實驗最主要的誤差來自于摩擦力做功，當(dāng)摩擦力做功時重錘下落到終點時機械能有一部分損失，速度小于自由落體應(yīng)該具有的速度. 答案：D 4.該實驗步驟編排如下，其中有些是必要的，有些是不必要的.根據(jù)實驗，請選取必要的步驟，并按正確的操作順序把它們前面的字母填寫在題后的空格上. A.用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量B.將重物系在夾子上 C.將紙帶穿過打點計時器的限位孔，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，再把紙帶向上拉，讓夾子靠近打點計時器，處于靜止?fàn)顟B(tài) D.把打點計時器接在學(xué)生電源的交流輸出端，把輸出電壓調(diào)至6 V（電源不接通） E.把打點計時器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直面內(nèi) F.在紙帶上記下第一點O，并測出各點到O的距離 G.用秒表測出重物下落的時間 H.接通電源，待計時器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶 I.切斷電源 J.更換紙帶，重新進(jìn)行兩次實驗 K.在三條紙帶中選出較好的一條 L.進(jìn)行計算，得出結(jié)論，完成實驗報告 M.拆下導(dǎo)線，整理器材 以上步驟中不必要的有__________；正確步驟的合理順序是__________：（填寫代表字母）. 解析：可依據(jù)正確的實驗步驟來加以分析排序，實驗過程不需要測量重物與夾子的質(zhì)量以及重物下落的時間. 答案：AG　EDBCHIJMKFL 5.挑選紙帶的原則是：（1）__________；（2）__________；（3）__________.紙帶上第一、二兩點間的距離大于1.96 mm，說明__________；紙帶上第一、二兩點間的距離小于1.96 mm，說明__________. 答案：點跡清晰　第一、二兩點間距離接近2 mm　點跡在一條直線上　物體在打點前開始下落　物體在打點后開始下落 6.在利用打點計時器等器材驗證自由下落物體的機械能是否守恒時，打點計時器的電源頻率是50 Hz，某同學(xué)先后打出兩條紙帶，紙帶I上第1、2兩點，第2、3兩點，第3、4兩點，第4、5兩點間的距離依次為1.9 mm、6.0 mm、10.0 mm、14 mm；紙帶Ⅱ上第1、2兩點，第2、3兩點，第3、4兩點，第4、5兩點間的距離依次為2.5 mm、6.0 mm、10.0 mm、14.0 mm，那么應(yīng)該選用紙帶__________進(jìn)行測量和計算.根據(jù)你所選用的紙帶，利用第2、3兩點間的距離和第4、5兩點間的距離，可以計算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊拇笮?__________.在打第3點的瞬時，重物的速度為__________m/s，為了驗證機械能守恒定律，應(yīng)該計算出打第2、3、4點時物體減少的__________和增加的__________，然后比較它們的數(shù)值在誤差允許范圍內(nèi)是否近似相等. 解析：選擇紙帶時，要求選用第1、2點距離接近2 mm的紙帶，以盡可能保證打點開始時重物下落的初速度為零.可以據(jù)Δs=gT2來求取重力加速度 7.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，有如下可供選擇的實驗器材：鐵架臺、打點計時器以及復(fù)寫紙、低壓直流電源、天平、秒表、導(dǎo)線、電鍵，其中不必要的器材是__________；缺少的器材是__________. 解析：因為此實驗要利用重錘和紙帶系統(tǒng)做自由落體運動來驗證機械能守恒，實驗中通過打點計時器記錄重錘自由下落運動情況，測量重物下落的高度和對應(yīng)記錄點的速度，通過計算和的值進(jìn)行比較來驗證機械能守恒定律.顯然處理數(shù)據(jù)時，比較和的值即可驗證機械能守恒定律是否成立，因此不需要天平、秒表，但必須要有低壓交流電源、重錘和刻度尺，因為打點計時器工作電源是低壓交流電源，而不是低壓直流電源. 答案：低壓直流電源、天平、秒表　低壓交流電源、重錘、刻度尺給合應(yīng)用 8.在做驗證機械能守恒定律實驗時，發(fā)現(xiàn)重錘減少的勢能總是大于重錘增加的動能，造成這種現(xiàn)象的原因是（　?。? A.選用的重錘質(zhì)量過大 B.選用的重錘質(zhì)量過小 C.空氣對重錘有阻力，打點計時器對紙帶也有阻力 D.實驗時操作不過細(xì)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確 解析：由于重錘減少的勢能總是大于重錘增加的動能，說明重錘在運動過程中克服阻力做功，機械能減少. 答案：C 9.使用如圖7-8-7的裝置驗證機械能守恒定律，打出一條紙帶如圖（b）所示.圖（b）中O是打出的第一個點跡，A、B、C、D、E、F……是依次打出的點跡，量出OE間的距離為，DF間的距離為s，已知打點計時器打點的周期是T. （1）上述物理量如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)滿足關(guān)系式_________，即驗證了重錘下落過程中機械能是守恒的. （2）如果發(fā)現(xiàn)圖（b）中OA距離大約是4 mm，則出現(xiàn)這種情況的原因可能是_________.如果出現(xiàn)這種情況，上述的各物理量間滿足的關(guān)系式可能是________________ 解析：可選擇OE段對應(yīng)的下落過程來研究，滿足的關(guān)系式應(yīng)為，而. （1）圖中O點是打出的第一個點，即為開始下落時的初始位置.選取OE段為我們的研究對象，設(shè)重錘的質(zhì)量為m，則這段過程中重錘重力勢能的減少量為.已知DF間距離為s，發(fā)生位移s所用時間為2T，由于做勻變速直線運動的物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間的中間時刻的瞬時速度，因此打E點時的速度vE=s/2T，只要滿足，就可驗證機械能守恒，因此，本題的答案是. （2）根據(jù)我們前面的分析，只要按正常步驟操作，從開始釋放重錘到打第二個點（圖中A點），時間間隔最大值是T（即0.02 s），因此OA間距離只可能小于2 mm而不可能大于2 mm.現(xiàn)在題目說“OA距離大約是4 mm”，這說明一定是沒有按規(guī)范操作或某些地方出了問題.例如，先釋放紙帶而后接通打點計時器的電源開關(guān)，如果是這種情況，則開始打第1個點（O點）時速度已不是0，必然.當(dāng)然，也可能有其他問題，如打點計時器出了故障等等. 10.在利用重錘自由下落“驗證機械能守恒定律”的實驗中，在打出紙帶并測量出第n點到第1點的距離后，用公式vn=ngT（T為打點時間間隔）來計算打第n點時重錘的速度，然后計算重錘動能的增量ΔEk和重錘重力勢能的減少量ΔEp，計算時常出現(xiàn)ΔEk＞ΔEp的結(jié)果，試分析其中的原因. 如果采用〔其中hn+1和hn-1分別是第（n+1）點和（n-1）點到第1點的距離〕來計算vn，又經(jīng)常出現(xiàn)ΔEk＜ΔEp的結(jié)果.其原因又是什么？ 解析：用vn=ngT計算速度進(jìn)而計算動能時，已經(jīng)默認(rèn)了物體嚴(yán)格地做自由落體（沒有考慮實驗中誤差） 本題對于ΔEk＞ΔEp，可從如下兩方面進(jìn)行分析： （1）由于重錘和紙帶受到阻力，它們下落的實際加速度a將小于重力加速度，而利用重力加速度g來計算速度v=ngT，將使得v值偏大. （2）在先接通電源使打點計時器工作，再讓紙帶從靜止釋放的步驟中，常常容易造成紙帶上記錄下來的最初兩點之間的時間間隔小于0.02 s，計算中仍按0.02 s計算，也將使得速度值v=ngT偏大. 從計算原理來看，題中關(guān)于重力勢能的減少量的計算都是正確的，第二種方法計算出的ΔEk也是符合實際的，出現(xiàn)ΔEk＜ΔEp的原因是由于重錘和紙帶都受到阻力作用，因此機械能有損失，ΔEp=ΔEk+W（阻力做功），ΔEp＞ΔEk. 11.質(zhì)量為1 kg的物體，以4.9 m/s2的加速度由靜止下落5 m的過程中，求： （1）物體機械能如何變化？變化量是多少？ （2）重力做功是多少？ （3）物體動能如何變化？ 解析：物體下落加速度小于重力加速度，物體下落過程中受到阻力作用.可結(jié)合運動學(xué)公式及動能、重力勢能的表達(dá)式來分析求解. （1）由題意，物體以4.9 m/s2加速度由靜止下落，這個加速度比重力加速度小，說明物體下落時受重力和阻力作用，物體下落要克服阻力做功，所以機械能要減少. 設(shè)物體下落5 m時速度為v，由vt2=2as可得v2=24.95 m/s=49 m/s 所以機械能減少量為：=19.85 J-49 J=24.5 J. （2）重力做的功W=mgh=19.85 J=49 J. （3）因下落時，物體速度不斷增加，所以物體動能應(yīng)增加，增加量為： ΔEk=W=49 J. 12.如果要驗證滑塊在氣墊導(dǎo)軌上的運動過程遵守機械能守恒定律，該怎樣做？請設(shè)計實驗方案. 解析：讓導(dǎo)軌傾斜一定的角度，使滑塊在導(dǎo)軌上由靜止開始滑下，利用光電門測量不同位置時滑塊的速度，從而測得增加的動能，并測出對應(yīng)位置的位移（從導(dǎo)軌的刻度尺上直接讀出），計算下降的高度，從而測得增加的重力勢能，比較兩者是否相等即可.