题目内容
2.如图所示,某同学做“验证机械能守恒定律”实验的装置.在正确操作下得到的纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC,设重物质量为m,当地重力加速度为g,打点计时器打点周期为T.(1)为了验证重物从O点到打B点过程中的机械能是否守恒,需要计算重物势能的减少量△Ep=mghB,动能的增加量△Ek=$\frac{1}{2}$m($\frac{{h}_{C}-{h}_{A}}{2T}$ )2(用题中所给字母表示).
(2)实验结果显示,重物重力势能的减少量总略大于动能的增加量,其主要原因是D.
A.重物的密度过大
B.电源的电压偏低
C.没有采用多次实验取平均值
D.存在空气阻力和纸带与限位孔之间摩擦阻力.
分析 (1)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的瞬时速度,从而得出动能的增加量;根据下降的高度求出重物重力势能的变化量.
(2)通过能量守恒的角度分析重力势能的减小量大于动能增加量的原因.
解答 解:(1)从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能减少量△Ep=mghB,
B点的速度vB=$\frac{{h}_{C}-{h}_{A}}{2T}$,则动能的增加量为△Ek=$\frac{1}{2}$m($\frac{{h}_{C}-{h}_{A}}{2T}$ )2.
(2)由于纸带在下落过程中,重锤和空气之间存在阻力,纸带和打点计时器之间存在摩擦力,所以减小的重力势能一部分转化为动能,还有一部分要克服空气阻力和摩擦力阻力做功,故重力势能的减少量大于动能的增加量,而密度越大时,则阻力越小,同时与电源的电压高低无关,故D正确,ABC错误;
故答案为:(1)mghB,$\frac{1}{2}$m($\frac{{h}_{C}-{h}_{A}}{2T}$ )2;(2)D.
点评 解决本题的关键掌握实验的原理,会通过原理确定器材,以及掌握纸带的处理方法,会通过纸带求解瞬时速度的大小,关键是匀变速直线运动推论的运用.
练习册系列答案
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(1)在实验过程中需要用工具进行直接测量的是C
A.重锤的质量 B.重力加速度 C.重锤下降的高度 D.重锤的瞬时速度
(2)该同学用重锤在OE段的运动来验证机械能守恒定律.已知重锤的质量为1kg,当地的重力加速度g=9.80m/s2.则此过程中重锤重力势能的减少量为0.468J,而动能的增加量为0.451J.(结果均保留3位有效数字)
(3)另一位同学根据这一条纸带来计算重锤下落过程中的加速度a,为了充分利用记录数据,尽可能减小实验操作和测量过程中的误差,他的计算式应为a=$\frac{{x}_{6}-2{x}_{3}}{9}{f}^{2}$,代入数据,求得a=9.56 m/s2(结果保留3位有效数字).因此,不能(填“能”或“不能”)用v=gt求重锤在E点处的速度.
符号 | x1 | x2 | x3 | x4 | x5 | x6 |
数值(×10-2m) | 0.19 | 0.76 | 1.71 | 3.06 | 4.78 | 6.86 |
A.重锤的质量 B.重力加速度 C.重锤下降的高度 D.重锤的瞬时速度
(2)该同学用重锤在OE段的运动来验证机械能守恒定律.已知重锤的质量为1kg,当地的重力加速度g=9.80m/s2.则此过程中重锤重力势能的减少量为0.468J,而动能的增加量为0.451J.(结果均保留3位有效数字)
(3)另一位同学根据这一条纸带来计算重锤下落过程中的加速度a,为了充分利用记录数据,尽可能减小实验操作和测量过程中的误差,他的计算式应为a=$\frac{{x}_{6}-2{x}_{3}}{9}{f}^{2}$,代入数据,求得a=9.56 m/s2(结果保留3位有效数字).因此,不能(填“能”或“不能”)用v=gt求重锤在E点处的速度.
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