验证机械能守恒定律实验测试题及解析
9页1、验证机械能守恒定律实验测试题及解析1某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢 球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方,在 钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止 释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取v=d作为钢球 经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小AE与动能变化大小AEk,就能验证机械能是否守恒。 k(1) 用 AEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到之间的竖直距离。A. 钢球在A点时的顶端B. 钢球在A点时的球心”遽光条(III | 1 缶11 lll|lll IfTl 1 12C. 钢球在A点时的底端用AEk=2mv2计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图所示,其读数为cm。某次测量中,计时器的示数为0.010 0 s。则钢球的速度为v=m/so(3)下表为该同学的实验结果:AEp(X10-2 J)4.8929.78614.6919.5929.38AEk(X10-2 J)5.
2、0410.115.120.029.8他发现表中的AE与AEk之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点?请pK说明理由。(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议:解析:(1)高度变化要比较钢球球心的高度变化。、d(2) 毫米刻度尺读数时要估读到毫米下一位,读数为1.50 cm,由v=;代入数据可得v=1.50 m/s。(3) 从表中数据可知AEkAEp,若有空气阻力,则应为AEkVAEp,所以不同意他的观点。(4) 实验中遮光条经过光电门时的速度大于钢球经过A点时的速度,因此由AEk=2mv2计算得到的AEk 偏大,要减小AE与AEk的差异可考虑将遮光条的速度折算为钢球的速度。pk答案:(1)B 1.50(1.491.51均可)1.50(1.491.51均可)(3)不同意,因为空气阻力会造成AEk小于AEp,但表中AEk大于AEpo(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和1,计算AEk时,将v折算成钢球的速度v2.某实验小组利用如图所示的装置验证机械能守恒定律,实验主要步骤如下: 将光电门安装在固定于水平地面上的长木板上; 将细绳一端连在小车上,另一端绕过两个定滑轮
3、后悬挂一钩码,调节木板上滑轮的高度,使该滑 轮与小车间的细绳与木板平行; 测出小车遮光板与光电门之间的距离L接通电源,释放小车,记下小车遮光板经过光电门的时间t; 根据实验数据计算出小车与钩码组成的系统动能的增加量和钩码重力势能的减少量。(1) 根据上述实验步骤,实验中还需测量的物理量有。A. 小车上遮光板的宽度dB. 小车的质量m1C. 钩码的质量m2D. 钩码下落的时间t(2) 由实验步骤和(1)选项中测得的物理量,可得到系统动能增加量的表达式为,钩码重力势能减少量的表达式为。改变L的大小,重复步骤、,若在误差范围内,系统动能的增加量均等于钩码重力势能的减少 量,说明该系统机械能守恒。解析:小车通过光电门的瞬时速度v=f,则系统动能的增加量4Ek=(%+m2)v2=也号,钩码 重力势能的减小量AEp=m2gL,可知还需要测量的物理量有小车上遮光板的宽度d、小车的质量m钩 码的质量m2,故A、B、C正确,D错误。答案:(1)ABC AEk=(miTm2)d2 AEp=m2gL光电门IIiI .4勺 滑块遮光片3.(2020.揭阳模拟)用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将 弹簧放置在
4、水平气垫导轨上,左端固定,右端在O点;在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门,计时器(图中未画出)与两个光 电门相连。先用米尺测得B、C两点间距离s,再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A,由静止释放,计时器显示遮光片从B到C所用的时间为t,用米尺测量A、O之间的距离x。(1) 计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是v=。(2) 为求出弹簧的弹性势能,还需要测量。(选填字母序号)A. 弹簧原长B. 当地重力加速度C. 滑块(含遮光片)的质量(3) 若气垫导轨左端比右端略高,弹性势能的测量值与真实值比较* 。(选填字母序号)A.偏大B.偏小C.相等解析:(1)滑块离开弹簧后的运动可视为匀速运动,故可以用BC段的平均速度表示滑块离开弹簧时的、s速度,则有v=t。(2) 由系统机械能守恒可知弹簧的弹性势能等于滑块增加的动能,故应求解滑块的动能,根据动能表 达式Ek=mv2可知,应测量滑块的质量,故A、B错误,C正确。(3) 若气垫导轨左端比右端略高,导致通过两光电门的时间将减小,那么测得速度偏大,因此弹性势 能的测量值也偏大,故A正确,B、C错误。答案:(1)S (2)C (3)A4.(202
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