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实验六 验证机械能守恒定律
跟踪演练·强化提升
【基础题组】
1.(2017·黄冈模拟)如图所示,两个质量各为m1和m2的小物块A和B,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m1>m2,现要利用此装置验证机械能守恒定律。
(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量,则需要测量的物理量有________(填入选项前的编号)。
①绳子的长度;②物块的质量m1、m2;③物块运动所用的时间;④物块A下落的距离。 (2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出以下建议: ①绳子越长越好;②绳的质量要轻;③两个物块的质量之差要尽可能小; ④尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要摇晃。
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是____________________________。
【解析】(1)通过连接在一起的A、B两物块验证机械能守恒定律,即验证系统的势能变化与动能变化是否相等,A、B连接在一起,A下降的距离一定等于B上升的距离,A、B的速度大小总是相等的,故不需要测量绳子的长度,而需要测量物块的质量m1、m2,与物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间或物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间,故②③④正确。
(2)如果绳子较重,系统的重力势能就会有一部分转化为绳子的动能,造成实验误差;绳子不宜太长,越长的绳子,形变对实验的影响越大;m1、m2相差越大,整体所受阻力相对于合力对运动的影响越小;物块末速度v是根据匀变速直线运动求出的,故要保证物块在竖直方向运动。这些都是减小系统误差,提高实验准确程度的做法,故②④正确。 答案:(1)②③④ (2)②④
2.(2017·南宁模拟)在验证机械能守恒定律的实验中,所用电源的频率为50Hz。某同学选择了一条理想的纸带,用刻度尺测得各计数点到O点的距离(单位:mm),如图所示,图中O点是打点计时器打出的第一个点,A、B、C、D、E分别是每打两个点取出的计数点。
导学号42722130
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(1)从下列选项中选出实验所必须的器材,其对应的字母为________。 A.打点计时器(包括纸带) B.重锤 C.天平
D.毫米刻度尺 F.小车
E.秒表(或停表)
(2)若重锤的质量为0.2kg,则重锤从开始下落到打B点时,减少的重力势能是______J,增加的动能是______J,得到的结论是__________________。(g取9.8m/s,结果保留三位有效数字)
【解析】(1)打点计时器(含纸带)、重锤是必须的,为了测量各计数点到O点的距离,需要毫米刻度尺,因为
2
我们是比较mgh、mv的大小关系,故m可约去,不需要用天平,打点计时器本身可以记录时间,所以不需要秒表,实验用的是重锤,不需要运动小车,故选项A、B、D正确。
(2)重锤从开始下落到打B点时,减少的重力势能ΔEp=mgh=0.2×9.8×0.195J≈0.382J;B点的瞬时速度
2
vB==m/s≈1.94m/s,增加的动能
ΔEk=m=×0.2×1.94J≈0.376J;得到的结论是在误差允许范围内,重锤机械能守恒。
2
答案:(1)A、B、D (2)0.382 0.376 在误差允许范围内,重锤机械能守恒
3.(2017·宿迁模拟)如图甲所示是验证机械能守恒定律的实验装置,重物的质量为m。实验时应先__________(选填“接通电源”或“释放纸带”),在选定的纸带上依次取计数点A、B、C如图乙所示,相邻计数点间的时间间隔为T,且O为打下的第一个点,各计数点距O点距离如图乙所示。当打点计时器打下点B时,重物增加的动能表达式为________,重物减少的重力势能表达式为__________ ________________。(已知重力加速度为g)
【解析】如果先释放纸带后接通电源,有可能会出现重物已经拖动纸带运动一段距离,电源才被接通,那么纸带上只有很小的一段能打上点,大部分纸带上没有打上点,纸带的利用率太低,所以应当先接通电源,后
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释放纸带。计数点B的瞬时速度vB=,则重物动能的增加量为Δ
Ek=m=m()=
2
;重物重力势能的减少量为ΔEp=mgd2。
答案:接通电源 【能力题组】
mgd2
4.(2017·成都模拟)探究小组利用传感器研究小球在摆动过程中的机械能守恒规律,实验装置如图甲所示,在悬点处装有拉力传感器,可记录小球在摆动过程中各时刻的拉力值,小球半径、摆线的质量和摆动过程中摆线长度的变化可忽略不计。实验过程如下:
(1)测量小球质量m,摆线长L。
(2)将小球拉离平衡位置在某一高度处无初速度释放,在传感器采集的数据中提取最大值为F,小球摆到最低点时动能的表达式为__________(用上面给定物理量的符号表示)。
(3)改变释放高度h,重复上述过程,获取多组摆动高度h与对应过程的拉力最大值F的数据,在F-h坐标系中描点连线。
(4)通过描点连线,发现F与h成线性关系,如图乙所示,可证明小球摆动过程中机械能守恒。
(5)根据F-h图线中数据,可知小球质量m=______kg,摆线长L=__________m(计算结果保留两位有效数字,重力加速度g取10m/s)。
2
【解析】(2)小球摆到最低点时,根据牛顿第二定律得F-mg=m,其动能为Ek=mv,故小球摆到最低点时动
2
能的表达式为Ek=(F-mg)L。
(5)根据机械能守恒定律得mgh=(F-mg)L,解得F=解得m=0.10kg;图象的斜率k=2.5N/m,解得L=0.80m。 推荐精选K12资料
2
h+mg,在F-h图象中,纵截距为1.00N,即mg=1.00N,