試驗練7驗證機械能守恒定律1.(2024浙江臺州期末)某試驗小組利用如圖甲所示的裝置驗證系統(tǒng)機械能守恒定律,已知彈簧的勁度系數(shù)為k,原長為L0,鉤碼的質(zhì)量為m。已知彈簧的彈性勢能表達式為Ep=12kx2,其中k為彈簧的勁度系數(shù),x為彈簧的形變量,當?shù)氐闹亓铀俣却笮間甲(1)要完成該試驗,除了圖甲中器材以外,還必需的器材是。

A.低壓直流電源B.刻度尺C.秒表(2)在彈性限度內(nèi)將鉤碼緩慢下拉至某一位置,此時彈簧的長度為L。接通打點計時器電源,從靜止釋放鉤碼,彈簧收縮,得到了一條點跡清楚的紙帶。鉤碼加速上升階段的部分紙帶如圖乙所示,紙帶上相鄰兩點之間的時間間隔均為T(在誤差允許范圍內(nèi),認為釋放鉤碼的同時打出A點)。從打下A點到打下F點時間內(nèi),彈簧的彈性勢能削減量為。

乙丙(3)試驗小組中的小王同學利用vF=h6-h42T計算F點對應的速度,但小組內(nèi)另一位同學卻認為鉤碼的運動并非勻加速運動,故此計算方法存在誤差,計算值比真實值(選填“偏大”(4)利用計算機軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理,得到彈簧彈性勢能削減量、鉤碼的機械能增加量分別與鉤碼上上升度h的關系如圖丙所示。由圖丙可知,隨著h增加,兩條曲線在縱向的間隔漸漸變大,可能緣由是。

2.(2024浙江溫州二模)(1)在下列試驗中,須要用到打點計時器的有。

A.探究平拋運動的特點B.探究加速度與力、質(zhì)量的關系C.用單擺測重力加速度大小D.探究向心力大小表達式(2)在驗證機械能守恒定律的試驗中,試驗裝置如圖1所示。依據(jù)正確操作得到如圖2所示的紙帶。其中打O點時釋放物體,計數(shù)點A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的三個點。已知打點計時器的電源頻率為50Hz,重物質(zhì)量為200g,當?shù)刂亓铀俣萭取9.80m/s2。①試驗桌上放著如圖3所示的三個物體甲、乙、丙,則試驗裝置中的重物應選擇(選填“甲”“乙”或“丙”)。

②在紙帶OB段,重物的重力勢能削減量為J(結果保留三位有效數(shù)字)。

③為了計算在OB段重物的動能增加量,需得到計時器打B點時重物的速度大小vB。下列計算B點速度大小方法正確的是。

A.vB=2B.vB=gtOBC.利用AC段的平均速度vB=x(3)為了探究物體下落受空氣阻力大小的影響因素,某同學利用手機中的加速度傳感器及相關應用程序,記錄如圖4中丁、戊兩種狀況下落手機的加速度大小隨時間變更的圖像。與丁對應的圖像為圖5中的(選填“A”或“B”),在圖A中手機下落過程中加速度漸漸減小的緣由是

。

3.(2024浙江紹興高三診斷性考試)利用圖甲所示裝置做“驗證機械能守恒定律”試驗。(1)已如打點計時器所用的溝通電頻率為50Hz,試驗中得到一條點跡清楚的紙帶如圖乙所示,把第一個點記作O,另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量點,測得A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.90cm、70.14cm、77.76cm、85.73cm。由此可知打下B點時紙帶的速度為m/s(計算結果保留2位有效數(shù)字)。

(2)重物固定在紙帶的(選填“左”或“右”)端。

(3)選取某個過程,發(fā)覺重物動能的增加量略大于重力勢能的減小量,造成這一結果的緣由可能是。

A.重物質(zhì)量過大B.電源電壓高于規(guī)定值C.重物質(zhì)量測量錯誤D.先釋放紙帶,后接通電源(4)某同學在紙帶上選取多個計數(shù)點,測量它們到某一計數(shù)點O的距離h,計算出對應計數(shù)點的重物速度v,描繪出v2-h圖像。下列說法正確的是。

A.為減小誤差,應利用公式v=2gB.在選取紙帶時,必需選取第1、2兩點間距為2mm的紙帶C.若圖像是一條過原點的直線,則重物下落過程中機械能確定守恒D.若圖像是一條不過原點的直線,重物下落過程中機械能也可能守恒4.用如圖甲所示裝置做“驗證機械能守恒定律”試驗,質(zhì)量均為m的鉤碼A、B通過定滑輪用細線連接,鉤碼B上放一個質(zhì)量也為m的槽碼C,從確定高度由靜止釋放后,鉤碼B通過帶孔隔板F而槽碼C留在隔板上,之后鉤碼B勻速下降并通過光電門E。(1)用游標卡尺測得鉤碼厚度d如圖乙所示,則鉤碼厚度d=mm;

(2)試驗測得槽碼C到隔板的高度為h,鉤碼通過光電門的時間為t,查得當?shù)刂亓铀俣葹間,若在誤差允許范圍內(nèi)滿意表達式(用本題中涉及的符號表示),則驗證了該系統(tǒng)在到達隔板前的過程機械能守恒;

(3)利用本裝置還可以測槽碼的質(zhì)量,試驗如下:鉤碼的質(zhì)量m已知,取另一未知質(zhì)量的槽碼D,操作方法同上;多次變更槽碼D到隔板的高度,記錄多組對應數(shù)據(jù)h與t;并作出1t2-h圖像,如圖丙所示,求得圖線的斜率為k,則槽碼D的質(zhì)量為(用m、g、d、k表示)丙

參考答案試驗練7驗證機械能守恒定律1.答案(1)B(2)12k[2(L-L0)h5-h(3)偏小(4)空氣阻力和打點計時器與紙帶間的阻力做負功解析(1)打點計時器需用低壓溝通電,需用刻度尺測量距離,無需秒表,故選B。(2)彈簧的長度為L時的彈性勢能Ep1=12k(L-L0)2,到F點時的彈性勢能Ep2=12k(L-L0-h5)2,彈簧的彈性勢能削減量ΔEp=Ep1-Ep2=12k[2(L-L0)h5(3)鉤碼運動過程中做加速度減小的加速運動,依據(jù)平均速度代替瞬時使得的計算方法可知計算值比真實值偏小。(4)彈簧彈性勢能一部分轉化為鉤碼、紙帶、彈簧的重力勢能和動能,由于紙帶與限位孔之間的摩擦阻力或鉤碼運動過程中的空氣阻力做功,系統(tǒng)機械能減小,故隨著h增大,兩條曲線在縱向的間隔漸漸變大。2.答案(1)B(2)①丙②0.453③C(3)B依據(jù)牛頓其次定律可得mg-Ff=ma,速度漸漸變大,空氣阻力也變大,故加速度減小解析(1)探究平拋運動的特點,須要描物體的運動軌跡,且軌跡是曲線,打點計時器只能用來探討直線運動,所以不須要打點計時器,故A錯誤;探究加速度與力、質(zhì)量的關系試驗中須要測量加速度的大小,須要通過紙帶測量加速度,所以須要打點計時器,故B正確;用單擺測量重力加速度試驗中須要用刻度尺測擺長和秒表測周期,不須要打點計時器,故C錯誤;探究向心力大小表達式,不須要打點計時器,故D錯誤。(2)①紙帶下端所掛物體應當體積小,質(zhì)量大,從而受到的阻力較小,而丙是重錘,故選丙。②在紙帶OB段,重物的重力勢能削減量Ep=mgh=200×10-3×9.8×23.10×10-2J≈0.453J。③計算B點速度大小,依據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該段時間內(nèi)的平均速度可以求出物體在B點時的速度,故選C。(3)丁手機下落過程中,隨著速度的增大,空氣阻力變更較小,故手機加速度近似不變,故選B;手機在下落過程中,對手機進行受力分析,依據(jù)牛頓其次定律可得mg-Ff=ma,速度漸漸變大,空氣阻力也變大,故加速度減小。3.答案(1)3.7(2)左(3)D(4)D解析(1)B點的速度等于AC間的平均速度,即vB=xAC2T=77.76(2)由圖可知,紙帶上起始點靠近重物,所以重物固定在紙帶的左端。(3)由mgh=12mv2可知,重物質(zhì)量過大、重物質(zhì)量測量錯誤都不會使動能的增加量略大于重力勢能的減小量,故A、C錯誤;電源電壓高于規(guī)定值不會影響打點周期,故B錯誤;若O點的初速度不為0,則會使動能的增加量略大于重力勢能的減小量,緣由可能是先釋放紙帶,后接通電源,故D(4)用公式v=2gh等于是默認機械能守恒定律,與試驗目的相悖,試驗中不能用v=2gh計算重物在各點的速度,故A錯誤;在選取紙帶時,可以選取其中兩點來驗證,如12mvC2-12mvA2=mghAC,與第1、2兩點間距是否為2mm無關,這時描繪出v2-h圖像是一條不過原點的直線,但只要滿意圖線的斜率等于2g,就驗證了重