题目内容

如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．
（1）为完成此实验，除了图中所示器材，还需要的器材有______
A．刻度尺B．秒表
C．天平D．“220V、50Hz”交流电源
（2）某同学实验打出的纸带如图所示，“0”点是第一个打点（此刻速度为零），0、1、2、…、4为连续打下的点．各相邻打点间的距离为S1、S2、…、S4．设打点计时器的打点时间间隔为T，实验地点的重力加速度为g．为了验证打下“0”点到打下“3”点过程中，重锤的机械能守恒，该同学利用υ=2gS3计算出打下“4”点时重锤的速度υ，你赞同吗？请写出你的看法．（若不赞同，请写出你的方法．）______．
（1）A、需要刻度尺测量纸带上两点间的距离．故A正确
B、通过打点计时器计算时间，故不需要秒表．故B错误
C、该实验可不测质量，因为mgh=
1
2
mv2，即只验证gh=
1
2
v2即可，故C错误
D、打点计时器应该与交流电源连接．故D正确
故选：AD．
（2）不赞同，在验证机械能守恒的实验中，由于存在阻力物体实际下落的加速度小于重力加速度，所以不应当用重力加速度g来表示某位置的速度，
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上点时小车的瞬时速度大小，即υ=
S3+S4
2T
．
故答案为：（1）AD（2）不赞同，υ=
S3+S4
2T
练习册系列答案
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I小明利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验装置的示意图如图1所示，当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．所用的光电门传感器可侧的最短时间为0.01ms．将挡光效果好、宽度为d=3.8×10-3m的黑色磁带若干段贴在透明直尺上，让直尺从一定高度由静止释放，井使其竖直通过光电门．某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间△ti与高度差△hi，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示．（取g=9.8m/s2，表格中M为直尺质量）

实验次序△ti（10-3s）vi=
d
△ti
（m?s-1）		△Eh=
1
2
Mvi2-
1
2
Mvt2		△hi（m）mg△hi
11.213.13---------------
21.153.310.58M0.060.58M
31.003.802.24M0.232.25M
40.954.003.10M0.323.14M
50.90____________0.41______
（1）请将表格中数据填写完整．
（2）从该实验可得△Eh一△h的图象是图2中的______．
（1）气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，实验装置如图所示，采取的实验步骤如下：
a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；
b．调整气垫导轨，使导轨处于水平：
c．在A和B间放入一个被压缩的轻质且极短的弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；
d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1；
e．按下电钮放开卡销，同时用计时器记录滑块A、B从开始到分别碰撞C、D挡板时所用时间t1、t2；
①实验中还应测量的物理量是______．
②利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是______．
（2）在“验证机械能守恒定律”的实验中，利用重锤拖着纸带自由下落通过打点计时器并打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．
①在实验过程中，下列的说法正确的是：______．
A．必须使用的测量仪器有：打点计时器、夭平和刻度尺
B．纸带与打点计时器的两个限位孔要在同一竖直线上
C．实验中若其他条件不变且空气阻力恒定时，选用重锤质量的大小不影响实验的误差
D．选用纸带上任意可计算速度的两点都可以用来验证机械能守恒定律
②安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示．图中O点为为打点起始点，且速度为零．

选取纸带上打出的连续点A、B、C，…，测出其中E、F、G点距打点起始点O的距离分别为h1、h2、h3，已知重锤质量为m，当地重力加速度为g，打点计时器打点周期为T．为验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从打下O点到打下F点的过程中，重锤重力势能的减少量△EP=______，动能的增加量△EK______（用题中所给字母表示）．
③以各点到起始点的距离h为横坐标，以各点速度的平方v2为纵坐标建立直角坐标系，用实验测得的数据绘出v2-h图线，如图所示．从v2-h图线求得重锤下落的加速度g'=______m/s2．（保留3位有效数字）
如图甲，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以验证机械能守恒定律．某同学设计了图乙装置来完成同样的实验．
（1）下列关于图乙装置的说法中，能减小实验误差的是______．
A．用夹子夹住纸带上端避免手提纸带因抖动而造成摩擦的增大
B．用复夹和铁架台台面固定住打点计时器能使装置更加稳定
C．选用重锤连接纸带要比用夹子和重物连接纸带下落时阻力小
D．用图乙方式可以节省纸带，让点迹更为密集
（2）图丙是某次实验所得到的一条点迹较为清晰的纸带的一段，经过测量计算后，某同学画出了如图丁所示的E-h图线，则他所画图线选取的零势能点为图丙中打点计时器打下______（选填“1点”或“11点”）时物体所在的位置，图丁中表示动能随高度变化的曲线为______选填“图线A”或“图线B”），
（3）图丁中的h1=58.5mm和h2=390.0mm两处机械能E1与E2大小关系为E1______E2（选填“大于”、“等于”或“小于”）．
在验证机械能守恒定律的实验中，已知电磁打点计时器的打点周期T=0.02s，自由下落的重锤质量m=2kg，如图所示为某同学实验后选出的一条纸带，O点是打点计时器打下的第一个点，A、B、C是在纸带上选取的三个计数点，AB、BC间各有一个点未画出．经测量得到A、B、C三点到O点的距离分别为：s1=23.58cm，s2=32.80cm，s3=43.58cm，

完成以下问题：（本题中的数值计算，结果均保留三位有效数字）
①纸带的______端与重锤连接（填“左”或“右”）
②打点计时器打下计数点B时，重锤的速度vB=______m/s
③从起点O到打下计数点B的过程中，重锤的动能的增加量△Ek=______J，重力势能的减少量△EP=______J（取g=9.8m/s2）
④在此实验中发现，重锤重力势能的减少量总是大于动能的增加量，其主要原因是在重锤下落过程存在阻力作用．可以通过该装置测定该阻力的大小，设重锤所受阻力大小Ff恒定，试用题目中所给物理量的符号表示出重锤所受阻力大小Ff=______．（用m、T、g、s1、s2、s3表示）
利用如图1所示的装置，研究重物自由下落过程中重力势能的减少量与______（填“动能的增加量”或“速度的增加量”）的关系，可以验证机械能守恒定律．在处理实验数据时，需要确定打点时重物的动能．一次实验中，质量为m的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点迹，如图2所示．已知相邻两点之间的时间间隔为T．测得A、B两点间的距离为h1，B、C两点间的距离为h2．由此可以确定，在打点计时器打下B点时，重物的动能为______．
如图所示，两根间距为d的光滑金属导轨，平行放置在倾角为的斜面上，导轨的右端接有电阻R，整个装置放在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直。导轨上有一质量为m、电阻也为R的金属棒与两导轨垂直且接触良好，金属棒以一定的初速度v0在沿着导轨上滑一段距离L后返回 ，不计导轨电阻及感应电流间的相互作用。下列说法正确的是
A．导体棒沿着导轨上滑过程中通过R的电量q=
B．导体棒返回时先做匀加速运动，最后做匀速直线运动
C．导体棒沿着导轨上滑过程中电阻R上产生的热量Q=mv02-mgL
D．导体棒沿着导轨上滑过程中克服安培力做的功W=(mv02-mgL)
静止在地面上的物体在竖直向上的恒力作用下上升，在某一高度撤去恒力。不计空气阻力，在整个上升过程中，物体机械能随时间变化关系是
如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向竖直，磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略。初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度。在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。

（1）求初始时刻导体棒受到的安培力。
（2）若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹力势能为，则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别为多少？
（3）导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为多少？

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