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2017-2018年人教版 高一物理 必修2 第七章第九节实验:验证机械能守恒定律 课时作业

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               第七章         机械能守恒定律
       第九节          实验:验证机械能守恒定律


    1.在验证机械能守恒定律的实验中,有同学按以下步骤进行实
验操作:

    A.用天平称出重锤和夹子的质量.
    B.固定好打点计时器,将连着重锤的纸带穿过限位孔,用手
提住,且让手尽量靠近打点计时器.

    C.松开纸带,接通电源,开始打点.并如此重复多次,以得
到几条打点纸带.

    D.取下纸带,挑选点迹清晰的纸带,记下起始点                     O,在距离
O 点较近处选择连续几个计数点(或计时点),并计算出各点的速度
值.

    E.测出各点到      O 点的距离,即得到重锤下落的高度.

                    1

    F.计算出    mghn 和2mv2n,看两者是否相等.
    在以上步骤中,不必要的步骤是________;有错误或不妥的步
骤是________(填写代表字母);更正情况是①________,

②________,③________,④________.
    解析:本实验的目的是要验证机械能守恒定律,即比较重锤在

下落过程中重力势能的减少量             ΔEp 与动能的增加量       ΔEk 是否相等,
如果操作不当或错误,就会增大重锤和纸带所受阻力,导致机械能
损耗过大,无法达到实验目的.为了保证实验成功和减少机械能损
耗,在实验操作时应遵照注意事项,因此本题可对照实验注意事项
和围绕减小误差方面进行考虑.
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    因本实验是通过比较重力势能的减少量                ΔEp  是否等于动能的增

加量  ΔEk  来验证机械能守恒的,不需要知道动能的具体数值,因而
不需要测出重物(含重锤和夹子)的质量,故步骤                   A 是多余的.
    有错误或不妥的步骤是          B、C、D、F.原因和更正办法分别是:
    B 中“让手尽量靠近”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”
,因打点计时器开始工作应从与重锤靠近的纸带开始打点,不致留

下过长的空白纸带,纸带也不宜过长,约                 40 cm 即可.
    C 中应先接通电源,后松开纸带.因为只有当打点计时器工作
正常后再让重锤下落,才可保证打第一个点时重锤的初速度为零,
并且使纸带上的第一个点是清晰的小点.

    D 中应将“距离      O 点较近处”改为“距离          O 点较远处”,因为
所取的各计数点应尽量是重锤自由下落运动的真实记录,而打点计
时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态,同时开始
的几个点比较密集,会增加长度测量的误差.

                    1

    F 中应改为“ghn    和2v2n”,因本实验中是通过比较重锤的重力

                          1

势能减少量     mghn 和动能增加量2mv2n的大小来达到验证的目的,对于

同一个研究对象(重锤)来说,质量是一定的,故只需比较                      ghn 和

1
2v2n就能达到目的.
    答案:见解析

    2.某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打
点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有                    220 Hz、30  Hz 和
40 Hz,打出纸带的一部分如图乙所示.
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                             图甲


                             图乙

    该同学在实验中没有记录交流电的频率                f,需要用实验数据和其
他条件进行推算.

    (1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用                   f 和图乙中给
出的物理量可以写出:在打点计时器打出                 B 点时,重物下落的速度
大小为________,打出      C 点时重物下落的速度大小为________,重
物下落的加速度大小为________.

    (2)已测得  x1=8.89 cm,x2=9.50  cm,x3=10.10  cm;当重力加
速度大小为     9.80 m/s2,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力
的 1%.由此推算出      f 为________Hz.
    解析:(1)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度

        x1+x2 (x1+x2)f    x2+x3 (x2+x3)f

可得  vB=   2T =   2  ;vC=   2T =    2  ;由速度公式      vC=

              (x3-x1)f2

vB+aT  可得  a=    2   .
    (2)由牛顿第二定律,可得         mg-0.01mg=ma,所以      a=0.99g,
结合(1)解出的加速度表达式,代入数据,可得                  f=40 Hz.

            (x1+x2)f (x2+x3)f (x3-x1)f2
    答案:(1)     2       2       2    (2)40
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                                              1
    3.某同学利用如图所示装置验证机械能守恒定律.4圆弧轨道竖
直放置,轨道边缘标有表示圆心角的刻度,轨道最低点装有压力传

感器.现将小球置于轨道上            θ 刻度处由静止释放,当其通过最低位
置时,读出压力传感器的示数             F.已知当地重力加速度为         g.


    (1)为验证小球在沿轨道下滑过程中机械能守恒,实验中还必须
测量的物理量有____________;
    A.轨道的半径      R
    B.小球的质量      m
    C.每次小球释放点离地面的高度              h
    D.每次小球在轨道上运动的时间              t
    (2)根据实验测得的物理量,写出小球在运动过程中机械能守恒
应满足的关系式为        F=____________________;
    (3)写出一条提高实验精确度的建议________________.
    解析:(1)小球沿轨道下滑过程中,只有重力做功,重力势能转
化为小球的动能,据机械能守恒定律,得

                  1
    mgR(1-sin θ)=2mv2,①
    在轨道最低位置处,据牛顿第二定律,得

             v2
    F-mg=m   R ,②
                                  1
    联立①②式,可得        mgR(1-sin θ)=2R(F-mg),

                       1
    整理得   mg(1-sin θ)=2(F-mg),③
    由上式可知,要验证小球沿轨道下滑过程中机械能是否守恒,
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实验中还必须测量小球的质量,故               B 正确,A、C、D      错误.
    (2)由(1)问中③式,可得      F=3mg-2mgsin θ.
    (3)为提高实验精确度,可以多次测量取平均值,或者是减小空
气阻力的影响(减小小球体积或增大其密度等).
    答案:(1)B (2)3mg-2mgsin     θ (3)多次测量取平均值(其他答
案合理即可)
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