题目内容

10.在利用如图甲所示的装置验证机械能守恒的实验中:

(1)下列操作正确的是BD
A.打点计时器应接到直流电源上                           B.打点计时器应竖直固定在铁架台上
C.先释放重物,后接通电源                               D.释放重物前,重物应尽量靠近打点计时器
(2)如图乙为实验中所得的一条纸带,图中所标的为计数点,其中打O点时纸带速度为零.若要验证释放重物至打F点的过程中的机械能守恒,求该过程减少的重力势能,需测量O点与F点的距离;求该过程增加的动能,需测量E点与G点的距离.

分析 解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项;
根据重力势能公式,即可确定什么点与什么点间距,再根据平均速度等于中时刻的瞬时速度,从而得出增加的动能,进而可确定什么点与什么点间距.

解答 解:(1)A.电磁打点计时器应该接在6V交流电源上,故A错误.
B.打点计时器的两个限位孔应在同一竖直线上,以减小摩擦力的影响,故B正确.
C、开始时应使重物靠近打点计时器处并保持静止,先接通电源,再释放纸带,故C错误,
D、释放重物前,重物应尽量靠近打点计时器,从而使得纸带充分得以运用,故D正确.
故选:BD;
(2)若要验证释放重物至打F点的过程中的机械能守恒,该过程减少的重力势能,需要知道从O点到F点的高度,即O点到F点的距离;
而该过程增加的动能,因平均速度等于中时刻的瞬时速度,因此需要从E到G点的间距,即从E点到G点的距离;
故答案为:(1)BD;(2)O、F;E、G.

点评 要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力,在平时练习中要加强基础知识的理解与应用.

练习册系列答案
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15.如图1所示,将打点计时器固定在铁架台上,用重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置可验证机械能守恒定律.

①已准备的器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物,此外还需要的器材是D(填字母代号).
A.直流电源、天平及砝码      B.直流电源、毫米刻度尺
C.交流电源.天平及砝码      D.交流电源、毫米刻度尺
②实验中需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某同学对实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案,这些方案中合理的是:D.
A.用刻度尺测出物体下落的高度h,由打点间隔数算出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度v
B.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=$\sqrt{2gh}$计算出瞬时速度v
C.报据做匀变速直线运动时,纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v,并通过计算得出高度h
D.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时,纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v
③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2所示.图中O点为打点起始点,且速度为零.选取纸带上打出的连续点A、B、C、…作为计数点,测出其中E、F、G点距起始点O的距离分別为h1、h2、h3.已知重锤质量为m,当地重力加速度为g,计时器打点周期为T.为了验证此实验过程中机械能是否守恒,需要计算出从O点到F点的过程中,重锤重力势能的减少量△Ep=mgh2,动能的增加量△Ek=$\frac{m({h}_{3}-{h}_{2})^{2}}{8{T}^{2}}$(用题中所给字母表示)
④实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量子,关于这个误差下列说法正确的是BD.
A.该误差属于偶然误差
B.该误差属于系统误差
C.可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差
D.可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差
⑤某同学在实验中发现重锤增加的动能略小于重锤减少的重力势能,于是深入研究阻力对本实验的影响.若重锤所受阻力为f.重锤质量为m,重力加速度为g.他测出各计数点到起始点的距离h,并计算出各计数点的速度v,用实验测得的数据绘制出v2-h图线,如图3所示,图象是一条直线,此直线斜率k=$\frac{2(mg-f)}{m}$(用题中字母表示).
已知当地的重力加速度g=9.8m/s2,由图线求得重锤下落时受到阻力与重锤所受重力的百分比为$\frac{f}{mg}$=2.0% (保留两位有效数字).
2.某校两个课外活动小组分别用以下两种方法来验证机械能守恒定律.请阅读下列两段材料,完成后面问题.

(1)第1小组:利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律.如图2所示,图中数据为实际距离,t0时刻刚好对应抛出点,该小组同学通过计算得到不同时刻的速度和速度的平方值如下表,当他们要计算重力势能的改变量时,发现需要先计算当地重力加速度,请你根据实验数据,按照下列要求计算出重力加速度(忽略空气阻力的影响).
时刻t1t2t3t4t5
速度v(m/s)4.524.043.563.082.60
v2(m2/s220.4316.3212.679.496.76
①在所给的图1坐标纸上作出v2-h图象;
②分析说明,图象斜率的绝对值表示的物理意义是:重力加速度的二倍;
③由图象求得的重力加速度是9.61m/s2(结果保留三位有效数字).
(2)第2小组:DIS实验是利用现代信息技术进行的实验.“用DIS研究机械能守恒定律”的实验装置如图3所示,小组同学在实验中利用小铁块从很光洁的曲面上滑下,选择DIS以图象方式显示实验的结果,所显示的图象如图4所示.图象的横轴表示小铁块距d点(最低点)的高度h,纵轴表示小铁块的重力势能EP、动能Ek或机械能E.试回答下列问题:
①图4的图象中,表示小铁块的重力势能EP、动能Ek、机械能E随小球距d点的高度h变化关系的图线分别是乙、丙、甲(按顺序填写相应图线所对应的文字);
②根据图4所示的实验图象,可以得出的结论是:在误差允许的范围内,小球下落过程机械能守恒.

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