1、实验题
在验证机械能守恒定律的实验中,与纸带相连的质量为1kg的重锤自由下落,打出的纸带如图所示,相邻记数点时间间隔为0.02s,g取9.8m/s2。求:?
(1)打点计时器打下记数点B时,物体的速度VB=? m/s(保留两位有效数字);
(2)某同学根据纸带上的O点到B点的数据,计算出物体的动能增加量△Ek=0.47J,重力势能减小量△Ep=0.48J,经过多次实验均发现△Ek略小于△Ep,试分析或解释形成这个现象的原因:______________________。
参考答案:(1)0.97?
(2)由于阻力做功,重锤的机械能略减少(类似答案酌情给分)
本题解析:
本题难度:一般
2、简答题 (1)某研究性学习小组用如图1所示装置验证机械能守恒定律.图中悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时能瞬间被烧断,小球由于惯性向前飞出做平抛运动.在水平地面上放上白纸,上面覆盖着复写纸,当小球落在复写纸上时,会在下面白纸上留下痕迹.用重垂线确定出A、B点在白纸上的投影点N、M.用米尺量出AN的高度H、BM的高度h,算出A、B两点的竖直距离,再量出M、C之间的距离x,即可验证机械能守恒定律.已知重力加速度为g,小球的质量为m.
①用题中所给的物理量表示出小球从A到B过程中,重力势能的减少量△EP=______,动能的增加量△Ek=______;
②要想验证小球从A到B的过程中机械能守恒,只需验证关系式______成立即可.
(2)①在“测金属电阻率”实验中,用螺旋测微器测得金属丝的直径的读数如图2所示,则直径d=______mm.
②测得接入电路的金属丝的长度为L,已知其电阻大约为25Ω.
在用伏安法测其电阻时,有下列器材供选择,除必选电源(电动势1.5V,内阻很小)、导线、开关外,电流表应选______,电压表应选______,滑动变阻器应选______.(填代号)并将设计好的测量电路原理图画在虚框内(图3).
电流表?A1(量程40mA,内阻约0.5Ω)
电流表A2(量程10mA,内阻约0.6Ω)
电压表V1?(量程6V,内阻约30kΩ)
电压表V2(量程1.2V,内阻约的20kΩ)
滑动变阻器R1(范围0-10Ω)
滑动变阻器R2(范围0-2kΩ)
参考答案:
(1)重力势能的减小量等于重力做功:△Ep=mgh=mg(H-h)
动能增量为:.△EK=12mv2B=mgx24h2
从A到B过程中,重力势能的减小量与动能的增加量,均有重力大小.故可以消去.
因此只要验证H-h=x24h,即可确定守恒.
(2)由于可动刻度的“0”在固定刻度下方,因此固定刻度的读数为:0.5mm,可动刻度读数为0.01×40.0mm=0.400mm,所以最终读数为:0.5mm+0.4000mm=0.900mm.
由于估读情况不同,为减小读数误差,根据电源电动势1.5V,而待测电阻阻值为25Ω,因此选量程为40mA电流表,故选电流表A1;对于电压来说,量程为1.2V,虽然低于1.5V,但相对于6V来讲准确.故选:电压表V2,滑动变阻器的特点是:电阻大的调节精度低,电阻变化快,操作不方便,故选小电阻的,即选R1;
伏安法测电阻时,测量较大电阻用安培表内接法,测量较小电阻用安培表外接法,本题待测电阻与安培表电阻相接近,故采用安培表外接法,电路图如图所示;
故答案为:(1)①mg(H-h),mgx24h
②H-h=x24h
(2)①0.900
②Al,V2,R1,测量电路原理图如图.
本题解析:
本题难度:一般
3、简答题 在验证机械能守恒定律的实验中:
(1)所用的是电源应为______?(填“交流”或“直流”)电源.操作步骤中释放纸带和接通电源的先后顺序应该是______
(2)本实验误差的主要来源有______(试举出两条).
参考答案:(1)打点计时器是使用交流电源的仪器,操作步骤中应是先接通电源后释放纸带;
(2)本实验误差的主要来源是重物下落过程中受到空气阻力,长度测量产生误差
故答案为(1)交流,先接通电源后释放纸带
? (2)重物下落过程中受到空气阻力,长度测量产生误差
本题解析:
本题难度:一般
4、简答题 学生实验“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图13(a)所示,某小组同学在一次实验中,选择以图象方式显示实验的结果,所显示的图象如图13(b)所示.图象的横轴表示小球距D点的高度h,纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E.请回答下列问题:
(1)图(a)所示的实验装置中,光电门传感器的用途是______.
(2)图(b)的图象中,表示小球的重力势能Ep随小球距离D点的高度h变化关系的图线是______(选填“甲、乙或丙”).
(3)根据图13(b)所示的实验图象,可以得出的结论是______.
参考答案:(1)实验中光电门传感器的用途是测速度.
(2)小球距离D点的高度越大,重力势能越大,表示小球的重力势能Ep随小球距离D点的高度h变化关系的图线是乙图线.
(3)在实验中可以看出,机械能不随h的变化而变化,得出的结论是在在只有重力做功的情况下,小球的机械能守恒.
故答案为:(1)测速度?(2)乙?(3)在只有重力做功的情况下,小球的机械能守恒.
本题解析:
本题难度:一般
5、简答题 某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律,实验的简易示意图如图1,当有不透光物体从光电门间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.所用的XDS-007光电门传感器可测的最短时间为0.01ms.将挡光效果好、宽度为d=3.8×10-3m的黑色磁带贴在透明直尺上,从一定高度由静止释放,并使其竖直通过光电门.某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间△ti与图中所示的高度差△hi,并将部分数据进行了处理,结果如下表所示.(取g=9.8m/s2,注:表格中M为直尺质量)
| △ti (10-3s) | vi= (m?s-1) | △Eki=Mvi2-Mv12 | △hi (m) | Mg△hi 1 1.21 3.13 2 1.15 3.31 0.58M 0.06 0.58M 3 1.00 3.80 2.24M 0.23 2.25M 4 0.95 4.00 3.10M 0.32 3.14M 5 0.90 0.41
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(1)从表格中数据可知,直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi=求出的,请你简要分析该同学这样做的理由是:______.
(2)请将表格中数据填写完整.V5=______,△Ek5=______,Mg△h5=________
(3)通过实验得出的结论是:______.
(4)根据该实验请你判断下列△Ek-△h图2中正确的是______.
参考答案:(1)根据平均速度的定义v=△x△t可知,当位移很小,时间很短时可以利用平均速度来代替瞬时速度,由于本题中挡光物的尺寸很小,挡光时间很短,因此直尺上磁带通过光电门的瞬时速度可以利用vi=d△ti求出.
(2)根据题意可知:
V5═△x△t=4.22m/s
根据:,△Ek5=12Mv52-12Mv12,
将v=4.22m/s带入解得:△Ek5=4.00M? J
Mg△h5=4.02M.
(3)根据表中数据可知物体动能的增加量和重力势能的减小量基本相等,因此在误差范围内,可以得出物体机械能守恒的结论.
(4)根据实验可知:重力势能的减少量等于动能的增加量,即有:△Ek=mg△h成立,故△Ek-△h图象为过原点的直线,故ABD错误,C正确.
故答案为:(1)瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度
(2)4.22;?4.00M;?4.02M
(3)在误差允许的范围内,重力势能的减少量等于动能的增量
(4)C
本题解析:
本题难度:一般