2019-2020年高中物理 7.9《實驗 驗證機械能守恒定律》課時作業(yè) 新人教版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 7.9《實驗 驗證機械能守恒定律》課時作業(yè) 新人教版必修2 基礎(chǔ)達標 1．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，對于自由下落的重物，下列選項中可取的是(　　) 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．重物所受重力應(yīng)與它所受的空氣阻力和紙帶所受打點計時器的阻力平衡 D．重物所受重力應(yīng)遠大于它所受的空氣阻力和紙帶所受打點計時器的阻力 【解析】　應(yīng)選擇阻力影響足夠小的重物． 【答案】　D 2．為驗證在自由落體過程中物體的機械能是守恒的，某同學(xué)利用實驗系統(tǒng)設(shè)計了一個實驗，實驗裝置如圖所示，圖中A、B兩點分別固定了兩個速度傳感器，速度傳感器可以測出運動物體的瞬時速度．在實驗中測得一物體自由下落經(jīng)過A點時的速度是v1，經(jīng)過B點時的速度是v2，為了證明物體經(jīng)過A、B兩點時的機械能相等，這位同學(xué)又設(shè)計了以下幾個步驟，你認為其中不必要或者錯誤的是(　　) A．用天平測出物體的質(zhì)量 B．測出A、B兩點間的豎直距離 C．測量物體的質(zhì)量，利用mv－mv算出物體從A點運動到B點的過程中動能的變化量 D．驗證v－v與2gh是否相等 【答案】　AC 3．“驗證機械能守恒定律”的實驗采用重物自由下落的方法．(取g＝10 m/s2) (1)用公式mv2＝mgh時，對紙帶上起點的要求是初速度為________，為達到此目的，所選擇的紙帶第一、二兩點間距應(yīng)接近________． (2)若實驗中所用重錘質(zhì)量m＝1 kg，打點紙帶如甲圖所示，打點時間間隔為0.02 s，則記錄B點時，重錘速度vB＝________，重錘的動能EkB＝________，從開始下落起至B點，重錘的重力勢能減少量是________，因此可得出的結(jié)論是________． (3)根據(jù)紙帶算出的相關(guān)各點的速度值，量出下落的距離，則以為縱軸，以h為橫軸畫出的圖線應(yīng)是乙圖中的________． 【解析】　(1)初速度為0，所選第一、第二兩點間距接近2 mm. (2)vB＝＝m/s＝0.59 m/s EkB＝mv＝10.592J＝0.174 J ΔEp＝mghB＝11017.610－3J＝0.176 J. (3)由mv2＝mgh可得＝gh∝h，故選項C正確． 【答案】　(1)0　2 mm (2)0.59 m/s　0.174 J　0.176 J　在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重錘動能的增加量等于勢能的減少量 (3)C 4．在驗證機械能守恒的實驗中，某同學(xué)利用圖甲中器材進行實驗，正確地完成實驗操作后，得到一條點跡清晰的紙帶，如圖乙所示．在實驗數(shù)據(jù)處理中，某同學(xué)取A、B兩點來驗證實驗．已知打點計時器每隔0.02 s打一個點，圖中測量結(jié)果記錄在下面的表格中． 項目 x1/cm A點瞬時速度/(ms－1) x2/cm B點瞬時速度/(ms－1) AB兩點間距離/ cm 數(shù)據(jù) 3.92 0.98 12.80 50.00 (1)觀察紙帶，可知連接重物的夾子應(yīng)夾在紙帶的________端；(選填“左”或“右”) (2)將表格中未填項目填寫完整； (3)若重物和夾子的總質(zhì)量為0.6 kg，那么在A到B運動過程中，動能的增加量為________J，重力勢能的減少量為________J. 【解析】　(1)重物剛開始運動，速度較小，點跡比較密集，故夾子應(yīng)夾在紙帶的左端；(2)vB＝＝3.20 m/s；(3)在A到B運動過程中，動能的增加量ΔEk＝mv－mv≈2.78 J，重力勢能的減少量ΔEp＝mghAB＝2.94 J. 【答案】　(1)左　(2)3.20　(3)2.78　2.94 5．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，設(shè)打點時間間隔為T，某同學(xué)得到一條紙帶如圖所示，對于求前4個點的速度，有三種做法： 甲同學(xué)：分別測出x1、x2、x3、x4、x5，然后由 v1＝，v2＝，v3＝，v4＝求前4個點的速度． 乙同學(xué)：分別測出h1、h2、h3、h4、h5，然后由 v1＝，v2＝，v3＝，v4＝求前4個點的速度． 丙同學(xué)：由公式vt＝gt得v1＝gT、v2＝2gT、v3＝3gT、v4＝4gT，計算出前4個點的速度． 你認為他們的做法對不對？說明理由． 【解析】　甲同學(xué)的計算方法雖然符合紙帶上某點的瞬時速度等于相鄰兩點間的平均速度的原理，但測量方法不如乙同學(xué)，因為分段測量誤差較大，乙同學(xué)的測量方法誤差較小，故應(yīng)采用乙同學(xué)的方法． 至于丙同學(xué)的做法是完全錯誤的．因為只要認為加速度為g，機械能就肯定是守恒的，那也就無需去做實驗驗證了．用機械能守恒定律去驗證機械能守恒，這在邏輯推理上叫做循環(huán)論證． 況且用v＝gt算出的速度一定比從紙帶上測量算出的值要大，因為實際實驗中阻力不可避免，其加速度aEp＝mg的情況，所以不能用v＝gt或v＝去計算速度． 【答案】　見解析 能力提升 1. 利用圖示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h.某班同學(xué)利用實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案： A．用刻度尺測出物體下落的高度h, 并測出下落時間t，通過v＝gt計算出瞬時速度v B．用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v＝計算出瞬時速度v C．根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h＝計算出高度h D．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v 以上方案中只有一種正確，正確的是(　　) 【解析】　物體由靜止開始自由下落過程中受到空氣阻力和紙帶與打點計時器的摩擦阻力的作用，不是自由落體運動，A、B錯誤．物體下落的高度是用米尺測量的，不是計算的，C錯誤．D為驗證機械能守恒定律的實驗測量方案，正確． 【答案】　D 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的阻力，則結(jié)果(　　) A．mgh>mv2 B．mghmv2. 【答案】　A 3．圖中甲、乙兩圖都是利用“驗證機械能守恒定律”的實驗來測量當?shù)氐闹亓铀俣萭值的裝置示意圖．已知打點計時器的打點頻率為50 Hz. (1)這兩圖相比較，用哪個圖所示的裝置實驗較好？簡單說明理由． (2)上圖中的丙是采用較好的裝置并按正確的實驗步驟進行實驗打出的一條紙帶，其中O點為打下的第一個點，標為1，后面依次打下的一系列點跡分別為2、3、4、5…….經(jīng)測量，第15至17點間的距離為11.69 cm，第1至第16點間的距離為43.83 cm，則打下第16個點時，重物下落的速度大小為________ms－1.在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，可認為重物在下落的過程中機械能守恒，由此求得重力加速度值為g＝________ms－2(要求保留三位有效數(shù)字)． 【解析】　(1)用甲圖所示的裝置實驗較好．因為用夾子固定，可以避免乙圖由于手的抖動而造成紙帶上的第1個點跡被拖長和位置不確定的現(xiàn)象．另外由于用夾子固定紙帶，便于紙帶調(diào)整到豎直方向，以避免紙帶與打點計時器(限位孔)之間產(chǎn)生較大的摩擦，而乙圖中用手握住紙帶，難于做到這一點．(2)v16＝＝2.9225(ms－1)． 由mgh＝mv，得： g＝＝＝9.74(ms－2)． 【答案】　(1)甲圖，理由見解析　(2)2.92　9.74 4．某實驗小組利用如圖所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒．實驗前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，用游標卡尺測得遮光條的寬度為d，實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt. (1)實驗前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平？ (2)在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、________和________(用文字說明并用相應(yīng)的字母表示)． (3)本實驗通過比較________和________在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等(用測量的物理量符號表示)，從而驗證了系統(tǒng)的機械能守恒． (4)你估計減少的重力勢能和增加的動能哪個可能偏??？________. 你認為造成這種偏差的原因可能是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 【解析】　(1)接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊基本保持靜止，則說明導(dǎo)軌是水平的(或輕推滑塊，滑塊能做勻速直線運動)．(2)本實驗中鉤碼減少的機械能轉(zhuǎn)化為鉤碼和滑塊的動能，所以需要測出滑塊的質(zhì)量M以及鉤碼下降的高度即滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離x.(3)此過程中鉤碼減少的重力勢能為mgx，滑塊運動到光電門時的速度v＝，鉤碼和滑塊增加的動能為(m＋M)2，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，只要計算出mgx與(m＋M)2相等，就驗證了系統(tǒng)的機械能守恒．(4)運動過程中存在摩擦力，定滑輪也有質(zhì)量，所以鉤碼減少的重力勢能一方面轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)(包括定滑輪)的動能，另一方面要克服摩擦力做功，所以系統(tǒng)增加的動能要小一些． 【答案】　見解析