試驗(yàn)練7驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1.(2024浙江臺州期末)某試驗(yàn)小組利用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)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(dá)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(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間甲(1)要完成該試驗(yàn),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(diǎn)計(jì)時器電源,從靜止釋放鉤碼,彈簧收縮,得到了一條點(diǎn)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(diǎn)之間的時間間隔均為T(在誤差允許范圍內(nèi),認(rèn)為釋放鉤碼的同時打出A點(diǎn))。從打下A點(diǎn)到打下F點(diǎn)時間內(nèi),彈簧的彈性勢能削減量為。

乙丙(3)試驗(yàn)小組中的小王同學(xué)利用vF=h6-h42T計(jì)算F點(diǎn)對應(yīng)的速度,但小組內(nèi)另一位同學(xué)卻認(rèn)為鉤碼的運(yùn)動并非勻加速運(yùn)動,故此計(jì)算方法存在誤差,計(jì)算值比真實(shí)值(選填“偏大”(4)利用計(jì)算機(jī)軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到彈簧彈性勢能削減量、鉤碼的機(jī)械能增加量分別與鉤碼上上升度h的關(guān)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(yàn)中,須要用到打點(diǎn)計(jì)時器的有。

A.探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)B.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系C.用單擺測重力加速度大小D.探究向心力大小表達(dá)式(2)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中,試驗(yàn)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(diǎn)時釋放物體,計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時器連續(xù)打下的三個點(diǎn)。已知打點(diǎn)計(jì)時器的電源頻率為50Hz,重物質(zhì)量為200g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.80m/s2。①試驗(yàn)桌上放著如圖3所示的三個物體甲、乙、丙,則試驗(yàn)裝置中的重物應(yīng)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(jié)果保留三位有效數(shù)字)。

③為了計(jì)算在OB段重物的動能增加量,需得到計(jì)時器打B點(diǎn)時重物的速度大小vB。下列計(jì)算B點(diǎn)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(xué)利用手機(jī)中的加速度傳感器及相關(guān)應(yīng)用程序,記錄如圖4中丁、戊兩種狀況下落手機(jī)的加速度大小隨時間變更的圖像。與丁對應(yīng)的圖像為圖5中的(選填“A”或“B”),在圖A中手機(jī)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(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)。(1)已如打點(diǎn)計(jì)時器所用的溝通電頻率為50Hz,試驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清楚的紙帶如圖乙所示,把第一個點(diǎn)記作O,另選連續(xù)的4個點(diǎn)A、B、C、D作為測量點(diǎn),測得A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62.90cm、70.14cm、77.76cm、85.73cm。由此可知打下B點(diǎn)時紙帶的速度為m/s(計(jì)算結(jié)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(jié)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(xué)在紙帶上選取多個計(jì)數(shù)點(diǎn),測量它們到某一計(jì)數(shù)點(diǎn)O的距離h,計(jì)算出對應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)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(yīng)利用公式v=2gB.在選取紙帶時,必需選取第1、2兩點(diǎn)間距為2mm的紙帶C.若圖像是一條過原點(diǎn)的直線,則重物下落過程中機(jī)械能確定守恒D.若圖像是一條不過原點(diǎn)的直線,重物下落過程中機(jī)械能也可能守恒4.用如圖甲所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn),質(zhì)量均為m的鉤碼A、B通過定滑輪用細(xì)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(biāo)卡尺測得鉤碼厚度d如圖乙所示,則鉤碼厚度d=mm;

(2)試驗(yàn)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(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,若在誤差允許范圍內(nèi)滿意表達(dá)式(用本題中涉及的符號表示),則驗(yàn)證了該系統(tǒng)在到達(dá)隔板前的過程機(jī)械能守恒;

(3)利用本裝置還可以測槽碼的質(zhì)量,試驗(yàn)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(yīng)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(yàn)練7驗(yàn)證機(jī)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(diǎn)計(jì)時器與紙帶間的阻力做負(fù)功解析(1)打點(diǎn)計(jì)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(diǎn)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(yùn)動過程中做加速度減小的加速運(yùn)動,依據(jù)平均速度代替瞬時使得的計(jì)算方法可知計(jì)算值比真實(shí)值偏小。(4)彈簧彈性勢能一部分轉(zhuǎn)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(yùn)動過程中的空氣阻力做功,系統(tǒng)機(jī)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(yùn)動的特點(diǎn),須要描物體的運(yùn)動軌跡,且軌跡是曲線,打點(diǎn)計(jì)時器只能用來探討直線運(yùn)動,所以不須要打點(diǎn)計(jì)時器,故A錯誤;探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系試驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時器,故B正確;用單擺測量重力加速度試驗(yàn)中須要用刻度尺測擺長和秒表測周期,不須要打點(diǎn)計(jì)時器,故C錯誤;探究向心力大小表達(dá)式,不須要打點(diǎn)計(jì)時器,故D錯誤。(2)①紙帶下端所掛物體應(yīng)當(dāng)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(jì)算B點(diǎn)速度大小,依據(jù)勻變速直線運(yùn)動中時間中點(diǎn)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(diǎn)時的速度,故選C。(3)丁手機(jī)下落過程中,隨著速度的增大,空氣阻力變更較小,故手機(jī)加速度近似不變,故選B;手機(jī)在下落過程中,對手機(jī)進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)周期,故B錯誤;若O點(diǎn)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(rèn)機(jī)械能守恒定律,與試驗(yàn)?zāi)康南嚆?試驗(yàn)中不能用v=2gh計(jì)算重物在各點(diǎn)的速度,故A錯誤;在選取紙帶時,可以選取其中兩點(diǎn)來驗(yàn)證,如12mvC2-12mvA2=mghAC,與第1、2兩點(diǎn)間距是否為2mm無關(guān),這時描繪出v2-h圖像是一條不過原點(diǎn)的直線,但只要滿意圖線的斜率等于2g,就驗(yàn)證了重