2019-2020年高二物理 第6單元：達(dá)標(biāo)訓(xùn)練（8、實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律）(有解析) 大綱人教版.doc

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2019-2020年高二物理 第6單元：達(dá)標(biāo)訓(xùn)練（8、實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律）(有解析) 大綱人教版 基礎(chǔ)鞏固 1.關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是（　?。? A.選用重物時，重的比輕的好 B.選用重物時，體積小的比大的好[C.選用重物時，要稱出它的質(zhì)量 D.重物所受的重力，應(yīng)選大于它所受的空氣阻力和紙帶受到打點(diǎn)計(jì)時器的阻力 解析：可以從減少實(shí)驗(yàn)誤差的角度加以分析判斷，要知道空氣阻力及紙帶所受打點(diǎn)計(jì)時器的阻力是本實(shí)驗(yàn)誤差的來源之一. 答案：ABD 2.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，由于打點(diǎn)計(jì)時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大阻力，這樣的結(jié)果會有（　　）A. B. C. D.以上都有可能 解析：兩限位孔不在同一直線上時，摩擦力做功不能忽略，機(jī)械能將減少，一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 答案：A 3.在“利用重錘自由下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生誤差的主要原因是（　　） A.重錘下落的實(shí)際高度大于測量值 B.重錘下落的實(shí)際高度小于測量值C.重錘實(shí)際末速度v大于gt（g為重力加速度，t為下落時間） D.重錘實(shí)際末速度v小于gt 解析：本實(shí)驗(yàn)最主要的誤差來自于摩擦力做功，當(dāng)摩擦力做功時重錘下落到終點(diǎn)時機(jī)械能有一部分損失，速度小于自由落體應(yīng)該具有的速度. 答案：D 4.該實(shí)驗(yàn)步驟編排如下，其中有些是必要的，有些是不必要的.根據(jù)實(shí)驗(yàn)，請選取必要的步驟，并按正確的操作順序把它們前面的字母填寫在題后的空格上. A.用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量B.將重物系在夾子上 C.將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時器的限位孔，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，再把紙帶向上拉，讓夾子靠近打點(diǎn)計(jì)時器，處于靜止?fàn)顟B(tài) D.把打點(diǎn)計(jì)時器接在學(xué)生電源的交流輸出端，把輸出電壓調(diào)至6 V（電源不接通） E.把打點(diǎn)計(jì)時器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直面內(nèi) F.在紙帶上記下第一點(diǎn)O，并測出各點(diǎn)到O的距離 G.用秒表測出重物下落的時間 H.接通電源，待計(jì)時器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶 I.切斷電源 J.更換紙帶，重新進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn) K.在三條紙帶中選出較好的一條 L.進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報告 M.拆下導(dǎo)線，整理器材 以上步驟中不必要的有__________；正確步驟的合理順序是__________：（填寫代表字母）. 解析：可依據(jù)正確的實(shí)驗(yàn)步驟來加以分析排序，實(shí)驗(yàn)過程不需要測量重物與夾子的質(zhì)量以及重物下落的時間. 答案：AG　EDBCHIJMKFL 5.挑選紙帶的原則是：（1）__________；（2）__________；（3）__________.紙帶上第一、二兩點(diǎn)間的距離大于1.96 mm，說明__________；紙帶上第一、二兩點(diǎn)間的距離小于1.96 mm，說明__________. 答案：點(diǎn)跡清晰　第一、二兩點(diǎn)間距離接近2 mm　點(diǎn)跡在一條直線上　物體在打點(diǎn)前開始下落　物體在打點(diǎn)后開始下落 6.在利用打點(diǎn)計(jì)時器等器材驗(yàn)證自由下落物體的機(jī)械能是否守恒時，打點(diǎn)計(jì)時器的電源頻率是50 Hz，某同學(xué)先后打出兩條紙帶，紙帶I上第1、2兩點(diǎn)，第2、3兩點(diǎn)，第3、4兩點(diǎn)，第4、5兩點(diǎn)間的距離依次為1.9 mm、6.0 mm、10.0 mm、14 mm；紙帶Ⅱ上第1、2兩點(diǎn)，第2、3兩點(diǎn)，第3、4兩點(diǎn)，第4、5兩點(diǎn)間的距離依次為2.5 mm、6.0 mm、10.0 mm、14.0 mm，那么應(yīng)該選用紙帶__________進(jìn)行測量和計(jì)算.根據(jù)你所選用的紙帶，利用第2、3兩點(diǎn)間的距離和第4、5兩點(diǎn)間的距離，可以計(jì)算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊拇笮?__________.在打第3點(diǎn)的瞬時，重物的速度為__________m/s，為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，應(yīng)該計(jì)算出打第2、3、4點(diǎn)時物體減少的__________和增加的__________，然后比較它們的數(shù)值在誤差允許范圍內(nèi)是否近似相等. 解析：選擇紙帶時，要求選用第1、2點(diǎn)距離接近2 mm的紙帶，以盡可能保證打點(diǎn)開始時重物下落的初速度為零.可以據(jù)Δs=gT2來求取重力加速度 7.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，有如下可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺、打點(diǎn)計(jì)時器以及復(fù)寫紙、低壓直流電源、天平、秒表、導(dǎo)線、電鍵，其中不必要的器材是__________；缺少的器材是__________. 解析：因?yàn)榇藢?shí)驗(yàn)要利用重錘和紙帶系統(tǒng)做自由落體運(yùn)動來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，實(shí)驗(yàn)中通過打點(diǎn)計(jì)時器記錄重錘自由下落運(yùn)動情況，測量重物下落的高度和對應(yīng)記錄點(diǎn)的速度，通過計(jì)算和的值進(jìn)行比較來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.顯然處理數(shù)據(jù)時，比較和的值即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律是否成立，因此不需要天平、秒表，但必須要有低壓交流電源、重錘和刻度尺，因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時器工作電源是低壓交流電源，而不是低壓直流電源. 答案：低壓直流電源、天平、秒表　低壓交流電源、重錘、刻度尺給合應(yīng)用 8.在做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)重錘減少的勢能總是大于重錘增加的動能，造成這種現(xiàn)象的原因是（　　） A.選用的重錘質(zhì)量過大 B.選用的重錘質(zhì)量過小 C.空氣對重錘有阻力，打點(diǎn)計(jì)時器對紙帶也有阻力 D.實(shí)驗(yàn)時操作不過細(xì)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確 解析：由于重錘減少的勢能總是大于重錘增加的動能，說明重錘在運(yùn)動過程中克服阻力做功，機(jī)械能減少. 答案：C 9.使用如圖7-8-7的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，打出一條紙帶如圖（b）所示.圖（b）中O是打出的第一個點(diǎn)跡，A、B、C、D、E、F……是依次打出的點(diǎn)跡，量出OE間的距離為，DF間的距離為s，已知打點(diǎn)計(jì)時器打點(diǎn)的周期是T. （1）上述物理量如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)滿足關(guān)系式_________，即驗(yàn)證了重錘下落過程中機(jī)械能是守恒的. （2）如果發(fā)現(xiàn)圖（b）中OA距離大約是4 mm，則出現(xiàn)這種情況的原因可能是_________.如果出現(xiàn)這種情況，上述的各物理量間滿足的關(guān)系式可能是________________ 解析：可選擇OE段對應(yīng)的下落過程來研究，滿足的關(guān)系式應(yīng)為，而. （1）圖中O點(diǎn)是打出的第一個點(diǎn)，即為開始下落時的初始位置.選取OE段為我們的研究對象，設(shè)重錘的質(zhì)量為m，則這段過程中重錘重力勢能的減少量為.已知DF間距離為s，發(fā)生位移s所用時間為2T，由于做勻變速直線運(yùn)動的物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間的中間時刻的瞬時速度，因此打E點(diǎn)時的速度vE=s/2T，只要滿足，就可驗(yàn)證機(jī)械能守恒，因此，本題的答案是. （2）根據(jù)我們前面的分析，只要按正常步驟操作，從開始釋放重錘到打第二個點(diǎn)（圖中A點(diǎn)），時間間隔最大值是T（即0.02 s），因此OA間距離只可能小于2 mm而不可能大于2 mm.現(xiàn)在題目說“OA距離大約是4 mm”，這說明一定是沒有按規(guī)范操作或某些地方出了問題.例如，先釋放紙帶而后接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源開關(guān)，如果是這種情況，則開始打第1個點(diǎn)（O點(diǎn)）時速度已不是0，必然.當(dāng)然，也可能有其他問題，如打點(diǎn)計(jì)時器出了故障等等. 10.在利用重錘自由下落“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，在打出紙帶并測量出第n點(diǎn)到第1點(diǎn)的距離后，用公式vn=ngT（T為打點(diǎn)時間間隔）來計(jì)算打第n點(diǎn)時重錘的速度，然后計(jì)算重錘動能的增量ΔEk和重錘重力勢能的減少量ΔEp，計(jì)算時常出現(xiàn)ΔEk＞ΔEp的結(jié)果，試分析其中的原因. 如果采用〔其中hn+1和hn-1分別是第（n+1）點(diǎn)和（n-1）點(diǎn)到第1點(diǎn)的距離〕來計(jì)算vn，又經(jīng)常出現(xiàn)ΔEk＜ΔEp的結(jié)果.其原因又是什么？ 解析：用vn=ngT計(jì)算速度進(jìn)而計(jì)算動能時，已經(jīng)默認(rèn)了物體嚴(yán)格地做自由落體（沒有考慮實(shí)驗(yàn)中誤差） 本題對于ΔEk＞ΔEp，可從如下兩方面進(jìn)行分析： （1）由于重錘和紙帶受到阻力，它們下落的實(shí)際加速度a將小于重力加速度，而利用重力加速度g來計(jì)算速度v=ngT，將使得v值偏大. （2）在先接通電源使打點(diǎn)計(jì)時器工作，再讓紙帶從靜止釋放的步驟中，常常容易造成紙帶上記錄下來的最初兩點(diǎn)之間的時間間隔小于0.02 s，計(jì)算中仍按0.02 s計(jì)算，也將使得速度值v=ngT偏大. 從計(jì)算原理來看，題中關(guān)于重力勢能的減少量的計(jì)算都是正確的，第二種方法計(jì)算出的ΔEk也是符合實(shí)際的，出現(xiàn)ΔEk＜ΔEp的原因是由于重錘和紙帶都受到阻力作用，因此機(jī)械能有損失，ΔEp=ΔEk+W（阻力做功），ΔEp＞ΔEk. 11.質(zhì)量為1 kg的物體，以4.9 m/s2的加速度由靜止下落5 m的過程中，求： （1）物體機(jī)械能如何變化？變化量是多少？ （2）重力做功是多少？ （3）物體動能如何變化？ 解析：物體下落加速度小于重力加速度，物體下落過程中受到阻力作用.可結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式及動能、重力勢能的表達(dá)式來分析求解. （1）由題意，物體以4.9 m/s2加速度由靜止下落，這個加速度比重力加速度小，說明物體下落時受重力和阻力作用，物體下落要克服阻力做功，所以機(jī)械能要減少. 設(shè)物體下落5 m時速度為v，由vt2=2as可得v2=24.95 m/s=49 m/s 所以機(jī)械能減少量為：=19.85 J-49 J=24.5 J. （2）重力做的功W=mgh=19.85 J=49 J. （3）因下落時，物體速度不斷增加，所以物體動能應(yīng)增加，增加量為： ΔEk=W=49 J. 12.如果要驗(yàn)證滑塊在氣墊導(dǎo)軌上的運(yùn)動過程遵守機(jī)械能守恒定律，該怎樣做？請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案. 解析：讓導(dǎo)軌傾斜一定的角度，使滑塊在導(dǎo)軌上由靜止開始滑下，利用光電門測量不同位置時滑塊的速度，從而測得增加的動能，并測出對應(yīng)位置的位移（從導(dǎo)軌的刻度尺上直接讀出），計(jì)算下降的高度，從而測得增加的重力勢能，比較兩者是否相等即可.