1、实验题 利用电火花计时器做如下实验。甲同学使用如图1所示的装置来验证“机械能守恒定律”。
(1)下面是操作步骤:
a.按图1安装器材;
b.松开铁夹,使重物带动纸带下落;
c.接通电火花计时器电源,使计时器开始工作;
d.进行数据处理。
把上述必要的操作步骤按正确的顺序排列____________。
(2)电火花计时器接在频率为50Hz的交流电源上,图2为实验中打出的一条纸带,从起始点O开始,将此后连续打出的7个点依次标为A、B、C、D……,电火花计时器打F点时,重锤下落的速度为____________m/s。(保留到小数点后两位)
(3)如果已知重锤的质量为0.50 kg,当地的重力加速度为9.80m/s2。从打点到打F点的过程中,重锤重力势能的减少量为____________J,重锤动能的增加量为____________J。(保留到小数点后两位)
参考答案:(1)a、c、b、d
(2)1.15(1.14~1.16)
(3)0.35(0.34~0.36),0.33(0.32~0.34)
本题解析:
本题难度:一般
2、简答题 在《验证机械能守恒定律》的实验中,质量m为1.0kg的重物自由下落,带动纸带打出一系列的点,如图所示.相邻计数点间的时间间隔为0.02s,距离单位为cm.g取9.8m/s2.
(1)打点计时器打下计数点B时,物体的速度vB=______m/s;
(2)从起点O到打下计数点B的过程中物体的动能增加量△EK=______J,重力势能减少量△EP=______J.(结果保留两位有效数字)
(3)实验的结论是______.
参考答案:(1)物体通过B点的速度vB=xAC2T=(7.06-3.14)×10-20.04m/s=0.98m/s.
(2)从起点O到打下计数点B的过程中物体的动能增加量△EK=12mvB2=12×1×9.82=0.48J;
重力势能减小量△Ep=mgh=1×9.8×0.0501=0.49J.
(3)在误差允许的范围内,重力势能的减小量与动能的增加量相等,知物体在下落过程中机械能守恒.
故答案为:(1)0.98
(2)0.48,0.49
(3)在误差允许的范围内,物体在下落过程中机械能守恒.
本题解析:
本题难度:一般
3、简答题 用如图1实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒.m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.图2给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图2所示.已知m1=50g、m2=150g,则(结果保留两位有效数字)
(1)在纸带上打下记数点5时的速度v=______m/s;
(2)在0~5过程中系统动能的增量△EK=______J,系统势能的减少量△EP=______J;
(3)若某同学作出
v2-h图象如图3,则当地的重力加速度g=______m/s2.
参考答案:(1)v5=x462T=0.480.2m/s=2.4m/s.
(2)在0~5过程中系统动能的增量△EK=12(m1+m2)v52=12×0.2×2.42J≈0.58J.
系统重力势能的减小量为(m2-m1)gx=0.1×9.8×(0.384+0.216)J≈0.59J.
(3)根据系统机械能守恒有:(m2-m1)gh=12(m1+m2)v2
则12v2=m2-m1m1+m2gh
知图线的斜率k=m2-m1m2+m1g=5.821.20
解得g=9.7m/s2.
故答案为:(1)2.4?(2)0.58、0.59?(3)9.7
本题解析:
本题难度:一般
4、简答题 某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械守恒定律,实验装置如图甲所示,在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B,滑块P上固定一遮光条,若光线被遮光条遮挡,光电传感器会输出高电压,两光电传感器采集数据后与计算机相连.滑块在细线的牵引下向左加速运动,遮光条经过光电传感器A、B时,通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象.
(1)实验前,接通气源,将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上,轻推滑块,当图乙中的△t1______△t2.(填“>”“=”或“<”)时,说明气垫导轨已经水平.
(2)遮光条宽度为d,滑块P用细线跨过定滑轮与质量为m的钩码Q相连,将滑块P由图甲所示位置释放,通过计算机得到的图象如图乙所示,若△t1、△t2、d和鈎码质量m已知,要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒,还应测出的物理量是______和______(写出物理量的名称及符号).
(3)若上述物理量间满足关系式______,则表明在上述过程中滑块和砝码组成的系统机械能守恒.
参考答案:(1)如果遮光条通过光电门的时间相等,即△t1=△t2,说明遮光条做匀速运动,即说明气垫导轨已经水平.
(2)要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒,就应该去求出动能的增加量和重力势能的减小量,光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法.由于光电门的宽度很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度.
vB=d△t2,vA=d△t1,
滑块和砝码组成的系统动能的增加量△Ek=12(m+M)(d△t2)2-12(m+M)(d△t1)2,
滑块和砝码组成的系统动能的重力势能的减小量△Ep=mgL
所以还应测出滑块质量M,两光电门间距离L.
(3)如果系统动能的增加量等于系统重力势能的减小量,那么滑块和砝码组成的系统机械能守恒.
即:mgL=12(m+M)(d△t2)2-12(m+M)(d△t1)2,
故答案为:(1)=,(2)滑块质量M,两光电门间距离L.(3)mgL=12(m+M)(d△t2)2-12(m+M)(d△t1)2,
本题解析:
本题难度:一般
5、简答题 在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中,使质量为m=1.00kg的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,选取一条符合实验要求的纸带如图所示.O为第一个点,A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点.已知打点计时器每隔0.02s打一个点,当地的重力加速度为g=9.80m/s2,那么:
(1)根据图上所得的数据,应取图中O点到______点来验证机械能守恒定律;
(2)从O点到(1)问中所取的点,重物重力势能的减少量△Ep=______J,动能增加量△Ek=______J(结果取三位有效数字);
(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离,根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h,则以
为纵轴,以h为横轴画出的图象是图中的______.
(4)实验中对于使用打点计时器,下面说法正确的是:______
A.应先释放纸带后接通电源
B.应先接通电源后释放纸带
C.打点计时器使用的电源为直流电源
D.打点计时器使用的电源为交流电源.
参考答案:(1)验证机械能守恒时,我们验证的是减少的重力势能△Ep=mgh和增加的动能△Ek=12mv2之间的关系,由B点能够测h和v的数据,而A、C两点不方便测出速度v.故应取图中O点到B点来验证机械能守恒定律;
(2)减少的重力势能为:△Ep=mgh=1×9.8×19.2×10-2=1.88J
利用匀变速直线运动的推论得:
vB=xAC2T=(23.23-15.55)×0.012×0.02=1.93m/s
所以增加的动能为:△Ek=12mvB2=1.84J
(3)从理论角度物体自由下落过程中机械能守恒可以得出:
mgh=12mv2,即v2=2gh
所以以12v2为纵轴,以h为横轴画出的图线应是过原点的倾斜直线,也就是图中的A.
故选:A.
(4)A、开始记录时,应先给打点计时器通电打点,然后再释放纸带,让它带着纸带一同落下,如果先放开纸带让重物下落,再接通打点计时时器的电源,由于重物运动较快,不利于数据的采集和处理,会对实验产生较大的误差.故A错误,B正确;
C、打点计时器使用的电源为交流电源,故C错误,D正确;
故选:BD.
故答案为:(1)B
(2)1.88,1.84.
(3)A
(4)BD
本题解析:
本题难度:简单
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