题目内容

16．如图1所示是验证机械能守恒定律的实验装置图，该实验的原理是，通过验证重物自由下落时减少的重力势能与增加的动能相等来验证机械能守恒定律

（1）下列给出的器材中，不必要的是CA．学生电源B．刻度尺C．天平D．铁架台
（2）某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验操作步骤：A．用天平测量出重物的质量；B．把纸袋固定在重物上，并把纸袋穿过打点计时器，提升到一定高度；C．拆掉导线，整理仪器；D接通电源，释放纸袋；E．用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论；F．把打点计时器接到低压交流电源上；G．断开电源，调整纸袋，重做两次；H．把打点计时器接到低压直流电源上；I．把打点计时器固定在桌边的铁架台上上述实验步骤中错误的是H，可有可无的是A，其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是IFBDGCE（只需填步骤的代号）
（3）某同学按照正确的操作选的纸带如图2所示，其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点，打点计时器所用电源频率为50Hz，该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位：cm）①这三个数据中不符合有效数字读数要求的是15.7cm，应记作15.70cm．②该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重锤重力势能的减少量为1.22m，而动能的增加量为1.20m．（均保留三位有效数字，重锤质量用m表示）③这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量大于（填“大于”“小于”或“等于”）动能的增加量，原因是阻力对重锤做负功
（4）另一位同学在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g=9.80m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为19.59cm，23.72cm，28.12cm，33.01cm，根据以上数据，可知道重物由O点运动到B点，重力势能的减少量等于2.32J，动能的增加量等于2.27J（取三位有效数字）．根据以上数据，可否得到重物减少的重力势能等于增加的动能？
可以认为重物减少的重力势能等于增加的动能．

分析 （1、2）根据实验的原理确定需要测量的物理量，从而确定不必要的步骤．根据安装器材、进行实验、数据处理的顺序排列步骤；
（3、4）纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度，从而求出动能，再根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．

解答 解：（1）根据机械能守恒定律可知，本实验中质量可以消去，故不需要测量物体的质量；
（2）解：因为我们是比较mgh、$\frac{1}{2}$mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平称重物和夹子的质量，故A不必要．
实验中打点计时器应采用交流电源，故错误的为H；
实验时，先组装器材，操作步骤是IFB，然后进行实验，操作步骤是：DG，然后进行数据处理，操作步骤是：E，最后整理器材，操作步骤为：C．
故操作步骤顺序为：IFBDGEC．
（3）①毫米刻度尺测量长度，要求估读即读到最小刻度的下一位．
这三个数据中不符合有效数字读数要求的是OC段：15.7，应记作15.70cm．
②重力势能减小量△Ep=mgh=9.8×0.1242m J=1.22mJ
根据中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度来求B的速度大小：
vB=$\frac{0.157-0.0951}{2×0.02}$=1.54m/s；
EkB=$\frac{1}{2}$mvB2=$\frac{1}{2}$×m×（1.54）2=1.20m J
③由于存在空气阻力等对重锤做负功，故得出的重力势能的减小量一定大于动能的增加量；
（4）重物由O点运动到C点，重力势能的减小量△Ep=mgh=1×9.8×0.2372J=2.32J．
C点的瞬时速度${v}_{B}=\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{0.2812-0.1959}{0.04}$m/s=2.13m/s，则动能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{C}}^{2}$=$\frac{1}{2}×1.00×2.1{3}^{2}$J=2.27J．
因两数值相差不多，故可以认为在误差允许的范围内系统减小的重力势能等于增加的动能；
故答案为：（1）C；（2）H； A； IFBDGEC； （3）①15.7；15.70；②1.22；1.20；③大于，阻力对重锤做负功； （4）2.32；2.27；1.22mJ；可以认为重物减少的重力势能等于增加的动能

点评 本题考查用纸带处于是机械能守恒定律的实验，对于纸带问题的处理时力学实验中常见的问题，对于这类问题要熟练应用运动学规律和推论进行求解，计算过程中要注意单位的换算和有效数字的保留．

练习册系列答案
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A．跆拳道比赛中研究运动员的动作时
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D．在撑竿跳高比赛中研究运动员手中的支撑杆在支撑地面过程中转动情况时
4．上海地区某教室的朝南墙上有一扇钢窗，窗高为1.4m，宽为0.8m．已知上海地区地磁场的磁感应强度其水平分量为5×10-5T，则穿过这个钢窗平面的磁通量为5.6×10-5Wb；当一同学把钢窗向外推开时（如图所示），穿过这个钢窗的磁通量减小（选填“增大”、“不变”或“减小”）．
4．太阳能汽车是利用太阳能电池板将太阳能转化为电能工作的一种新型汽车，已知太阳辐射的总功率约为4×1026W，太阳到地球的距离约为1.5×1011m，假设太阳光传播到达地面的过程中约有40%的通量损耗，某太阳能汽车所用太阳能电池板接收到的太阳能转化为机械能的转化效率约为15%．汽车太阳能电池板的面积为8m2，如果驱动该太阳能汽车正常行驶所需的机械功率20%来自于太阳能电池，则该太阳能汽车正常行驶所需的机械功率为（已知半径为r的球表体积为S=4πr2）（　　）
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11．如图所示，物块第一次沿轨道1从A点由静止下滑至底端B点，第二次沿轨道2从A 点由静止下滑经C点至底端B点，AC=CB．物块与两轨道的动摩擦因数相同，不考虑物块在C点处能量损失，则在物块沿两轨道下滑至B点时的速率，判断正确的是（　　）
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1．利用电光门、数字计时器等器材可以测定物体沿斜面下滑过程中的加速度．如图1所示，在一个斜面上安装两个电光门，其中光电门甲的位置可以在斜面上移动，光电门乙固定在斜面上靠近底端位置处，让一个带有遮光片的滑块自斜面上自由滑下，在滑块下滑过程中，与两个光电门都相连的数字计时器可以显示出遮光片从光电门甲至光电门乙所用的时间，改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一位置由静止开始下滑，用米尺测量出甲、乙之间的距离，记下相应的时间，某个学习小组的同学做此实验数据如下表所示，请完成下列填空和作图：

s/m0.5000.6000.7000.8000.9000.950
t/ms292.0371.5452.3552.8673.8776.4
$\frac{s}{t}$（m•s-1）1.711.621.551.451.341.22
（1）根据表中给出的数据，在给出的坐标纸上画出$\frac{s}{t}$-t图线
（2）由所画出的$\frac{s}{t}$-t图线，得出滑块的加速度大小为a=2.0m/s2（保留两位有效数字）
8．下列关于加速度的描述中，正确的是（　　）
A．物体速度为0，加速度一定也为0B．物体的速度变化量大，加速度就大
C．物体向东运动，加速度可能向西D．物体速度变化小，则加速度就小
5．微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3V的电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机不转．当加在电动机两端的电压为2.0V时，电流为0.8A，这时电动机正常工作，则吸尘器的效率为（　　）
A．20%B．40%C．60%D．80%
6．关于时间和时刻的说法正确的是（　　）
A．第3秒末指时间
B．时刻表示时间很短，时间表示时间很长
C．第3秒内指时间
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