2024-2025學(xué)年高中物理第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展4.4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律練習(xí)含解析滬科版必修2

PAGEPAGE5試驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1.(多選)在用自由落體運(yùn)動(dòng)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中,下列物理量中要通過工具測量和計(jì)算得到的有()A.重錘的質(zhì)量B.重力加速度C.重錘下落的高度D.與重錘下落高度對應(yīng)的重錘瞬時(shí)速度解析:本題是對試驗(yàn)原理的考查。通過試驗(yàn)原理可知,重錘下落高度要用毫米刻度尺干脆測量,求出下落這一高度時(shí)對應(yīng)的瞬時(shí)速度,故需用工具測量的是C,通過計(jì)算得到的是D。答案:CD2.(多選)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中,在下列試驗(yàn)步驟中錯(cuò)誤的是()A.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上,并用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在低壓溝通電源上B.將連有重物的紙帶穿過限位孔,用手提著紙帶,讓手盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器C.松開紙帶,接通電源D.更換紙帶,重復(fù)幾次,選點(diǎn)跡清楚的紙帶進(jìn)行測量解析:選項(xiàng)B中應(yīng)讓重物盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,而不是讓手靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器;選項(xiàng)C應(yīng)先接通電源,后釋放紙帶。答案:BC3.為了“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”,我們供應(yīng)了如圖所示的試驗(yàn)裝置。某同學(xué)進(jìn)行了如下操作并測出數(shù)據(jù):①用天平測定小球的質(zhì)量為0.②用游標(biāo)卡尺測出小球的直徑為10.③用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為80.④電磁鐵先通電,讓小球吸在起先端;⑤電磁鐵斷電時(shí),小球自由下落。(1)在小球經(jīng)過光電門時(shí)間內(nèi),計(jì)時(shí)裝置登記小球經(jīng)過光電門所用時(shí)間為2.50×10-3s,由此可算得小球經(jīng)過光電門的速度為m/s。

(2)計(jì)算得出重力勢能的改變量為J,小球動(dòng)能改變量為J。(結(jié)果保留三位數(shù)字)

(3)試依據(jù)(2)對本試驗(yàn)下結(jié)論:。

解析:(1)小鋼球經(jīng)過光電門所用時(shí)間很短,可看作做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以v=dt=4m(2)小球的重力勢能的改變量ΔEp=mgh=4.04J,小球動(dòng)能改變量ΔEk=12mv2-0=4.(3)可見在誤差允許范圍內(nèi),小球的機(jī)械能是守恒的。答案:(1)4(2)4.044.00(3)在誤差允許范圍內(nèi),小球的機(jī)械能是守恒的4.如圖所示,兩個(gè)質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B,分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端,已知m1>m2,現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)若選定物塊A從靜止起先下落的過程進(jìn)行測量,則須要測量的物理量有。

①物塊的質(zhì)量m1、m2;②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間;③物塊B下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間;④繩子的長度。(2)為提高試驗(yàn)結(jié)果的精確程度,某小組同學(xué)對此試驗(yàn)提出以下建議:①繩的質(zhì)量要輕;②在“輕質(zhì)繩”的前提下,繩子越長越好;③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng),不要搖擺;④兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小。以上建議中的確對提高精確程度有作用的是。

(3)寫出一條上面沒有提到的對提高試驗(yàn)結(jié)果精確程度有益的建議:。

解析:(1)通過軟繩連接在一起的A、B兩物體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,即驗(yàn)證系統(tǒng)的勢能改變與動(dòng)能改變是否相等,A、B連接在一起,A下降的距離肯定等于B上升的距離;A、B的速度大小總是相等的,故不須要測量繩子的長度和B上升的距離剛好間。(2)假如繩子質(zhì)量不能忽視,則A、B組成的系統(tǒng)勢能將有一部分轉(zhuǎn)化為繩子的動(dòng)能,從而為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律帶來誤差;若物塊搖擺,則兩物體的速度有差別,為計(jì)算系統(tǒng)的動(dòng)能帶來誤差;繩子長度和兩個(gè)物塊質(zhì)量差應(yīng)適當(dāng)。(3)多次取平均值可削減測量誤差;或繩子伸長量盡量小,可削減測量的高度的精確度。答案:(1)①②或①③(2)①③(3)例如:“對同一高度進(jìn)行多次測量取平均值”,或“選取受力后相對伸長盡量小的繩子”等等。5.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz,查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭為9.80m/s2,測得所用的重物的質(zhì)量為1.00kg。試驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清楚的紙帶(如圖所示),把第一個(gè)點(diǎn)記作O,另選連續(xù)的四個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測量的點(diǎn)。經(jīng)測量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。依據(jù)以上數(shù)據(jù),可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C解析:重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中,高度降低了hC,由題目條件知hC=77.76×10-2m,重物重力勢能削減量為Ep=mghC=1×9.80×77.76×10-重物在O點(diǎn)的速度為零,其初始動(dòng)能也等于零,打C點(diǎn)時(shí)重物的速度為vC=sOD-sOB重物此時(shí)的動(dòng)能為EkC=12mvC2=1答案:7.627.566.某同學(xué)探討小球搖擺過程中機(jī)械能守恒,他用的DIS裝置如圖(a)所示,在試驗(yàn)中,選擇以圖像方式顯示試驗(yàn)的結(jié)果,所顯示的DIS圖像如圖(b)所示。圖像的橫軸表示小球距D點(diǎn)的高度h,縱軸表示擺球的重力勢能Ep、動(dòng)能Ek或機(jī)械能E。(a)(b)(1)在圖(b)中,表示小球的動(dòng)能Ek隨小球距D點(diǎn)的高度h改變關(guān)系的圖線是。

(2)依據(jù)圖(b)所示的試驗(yàn)圖像,可以得出的結(jié)論是

。

解析:(1)小球在搖擺過程中只有重力對小球做功,小球的機(jī)械能守恒,取D點(diǎn)所在位置為零重力勢能位置,設(shè)D點(diǎn)小球的速度大小為vD,則有mgh+12mv2=12mvD2,其中h表示小球所在位置距D點(diǎn)的高度,12mv2表示小球的動(dòng)能Ek,即Ek(2)依據(jù)圖(b)所示的試驗(yàn)圖像可知,小球的動(dòng)能與重力勢能之和等于常數(shù),即只有重力做功時(shí),物體的機(jī)械能守恒。答案:(1)丙(2)只有重力做功時(shí),物體的機(jī)械能守恒7.如圖所示裝置可用來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。擺錘A拴在長L的輕繩一端,另一端固定在O點(diǎn),在A上放一個(gè)小鐵片,現(xiàn)將擺錘拉起,使繩偏離豎直方向成θ角時(shí)由靜止起先釋放擺錘,當(dāng)其到達(dá)最低位置時(shí),受到豎直擋板P阻擋而停止運(yùn)動(dòng),之后鐵片將飛離擺錘而做平拋運(yùn)動(dòng)。(1)為了驗(yàn)證擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒,必需求出擺錘在最低點(diǎn)的速度。為了求出這一速度,試驗(yàn)中還應(yīng)當(dāng)測量的物理量是。

(2)依據(jù)測得的物理量表示擺錘在最低點(diǎn)的速度v=。

(3)依據(jù)已知的和測得的物理量,寫出擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒的關(guān)系式。

解析:(1)要想求出擺錘在最低點(diǎn)的速度,需求出鐵片做平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的分速度v0,因?yàn)槎呤窍嗟鹊?所以試驗(yàn)中還應(yīng)當(dāng)測量的物理量有擺錘A最低點(diǎn)離地面的豎直高度h和鐵片平拋的水平位移x。(2)依據(jù)物體做平拋運(yùn)動(dòng)的位移規(guī)律x=v0t和h=12gt2,解得v0=xg(3)