时间:2018-03-18 09:48:04
1、简答题 为探究物体在下落过程中机械能是否守恒，某同学采用实验装置如图甲所示．
（1）其设计方案如下：让质量为m的立方体小铁块从开始端自由下落，开始端至光电门的高度差为h，则此过程中小铁块重力势能的减少量为______；测出小铁块通过光电门时的速度v，则此过程中小铁块动能增加量为______；比较这两个量之间的关系就可得出此过程中机械能是否守恒．（已知当地重力加速度大小为g）
（2）具体操作步骤如下：
A．用天平测定小铁块的质量m；
B．用游标卡尺测出立方体小铁块的边长d；
C．用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离h（h＞＞d）；
D．电磁铁先通电（电源未画出），让小铁块吸在开始端；
E．断开电源，让小铁块自由下落；
F．计时装置记录小铁块经过光电门所用时间为t，计算出相应速度v；
G．改变光电门的位置，重复C、D、E、F等步骤，得到七组（hi，vi2）数据；
H．将七组数据在v2-h坐标系中找到对应的坐标点，拟合得到如图乙所示直线．
上述操作中有一步骤可以省略，你认为是______（填步骤前的字母）；计算小铁块经过光电门的速度表达式v=______．
（3）若v2-h图线满足条件______，则可判断小铁块在下落过程中机械能守恒．
参考答案：（1）重力势能减小量△Ep=mgh
由于静止释放重物
所以小铁块动能增加量为12mv2．
（2）因为我们是比较mgh、12mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平．故A没有必要
因为光电门的宽度d很小，所以物块经过光电门的速度可以表示为dt．
（3）利用v2-h图线处理数据，如果mgh=12mv2那么v2-h图线的斜率就等于2g．
所以若v2-h图线满足条件计算出直线斜率的值与2g的比较，在误差允许的范围内二者相等，则可判断小铁块在下落过程中机械能守恒．
故答案为：（1）mgh，12mv2．
（2）A，dt
（3）计算出直线斜率的值与2g的比较，在误差允许的范围内二者相等
本题解析：
本题难度：一般
2、选择题 在《验证机械能守恒定律》的实验中，需要的实验仪器和器材有：打点计时器、纸带、铁架台和重锤，除了这些以外，下面所给出的器材中必须的还有（ ）
A．低压交流电源
B．低压直流电源
C．天平和砝码
D．刻度尺
参考答案：AD
本题解析：
本题难度：一般
3、实验题 在利用重物自由下落“验证机械能守恒定律”的实验中
（1）备有如下器材：A．打点计时器；B．直流电源；C．交流电源；D．纸带；E．带夹子的重物；F．秒表；G．刻度尺；H．天平；I．导线；J．铁架台；K．游标卡尺；L．螺旋测微器.其中该实验不需要的器材是__? __? （填字母代号）
（2）在实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s2，实验要求打点计时器在打第一个点时释放纸带.甲、乙、丙三个学生分别用同一装置各打出一条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.38cm，0.19cm和0.18cm，可见其中肯定有一个学生在操作上有错误，错误操作的同学是__? ? ___.其错误的操作可能是___? .
参考答案：（1）B、F、H、K、L
（2）甲；先释放纸带再接通电源
本题解析：
本题难度：一般
4、简答题 （1）①某同学用如图1所示的装置来探究机械能守恒定律：实验中，得到了甲、乙、丙三条实验纸带，如图2所示，则应选______纸带好．
在实验中若所用重物的质量为l.00kg，当地的重力加速度为g=9.80m/s2，在某次实验中得到一条点迹清晰的纸带，如图3所示，把第一个点记作0，另选取连续的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62.99cm，70.18cm，77.76cm、85.73cm．
②根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于______J，动能的增加量等于______J（取三位有效数字）．
③由以上的计算结果可看出，重物由O点运动到C点，重力势能的减少量______于动能的增加量，试简单阐述造成这一结果的两个理由______、______．
（2）用如图甲所示的装置，来验证碰撞过程中的动量守恒．图中PQ是斜槽，QR为水平槽．O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，A、B两球的质量之比mA：mB=3：1．先使A球从斜槽上固定位置G由静止释放，在水平地面的记录纸上留下落点痕迹，重复10次，得到10个落点．再把B球放在水平槽上的末端R处，让A球仍从位置G由静止释放，与B球碰撞，碰后A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复10次．A、B两球在记录纸上留下的落点痕迹如图乙所示，其中米尺的零点与O点对齐．
①碰撞后A球的水平射程应取______cm．
②本实验巧妙地利用小球飞行的水平距离表示小球的水平速度．下面的实验条件中，可能不能使小球飞行的水平距离表示为水平速度的是______．
A．使A、B两小球的质量之比改变为5：1
B．升高固定点G的位置
C．使A、B两小球的直径之比改变为1：3
D．升高桌面的高度，即升高R点距地面的高度
③利用此次实验中测得的数据计算碰撞前的总动量与碰撞后的总动量的比值为______．（结果保留三位有效数字）
参考答案：（1）①自由落体运动的前0.02s的位移位移：x=12gt2=12×9.8×0.022m=1.98mm≈2mm，
为保证初速度为零，要选第一、二点间距接进2mm的纸带，故选甲纸带；
②重力势能减小量△Ep=mgh=1.0×9.8×0.7776J=7.62J．
利用匀变速直线运动的推论得：
vC=xBDTBD
△Ek=EkC=12mvC2=7.57J
③重物减小的重力势能总大于重物增加的动能，其主要原因是纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力．
（2）①A小球和B小球相撞后，B小球的速度增大，A小球的速度减小，碰撞前后都做平抛运动，高度相同，所以运动时间相同，所以速度大的水平位就大，而碰后A的速度小于B的速度，所以碰撞后A球的落地点距离O点最近，所以碰撞后A球的水平射程应取14.50cm．?
②只有当小球做平抛运动时才能用水平位移表示为水平速度，
A、改变小球的质量比，小球碰撞后仍然做平抛运动，可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
B、升高固定点G的位置，小球碰撞后仍然做平抛运动，可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
C、使A、B两小球的直径之比改变为1：3，小球的球心不在同一高度，碰撞后小球的速度不在水平方向，不能做平抛运动，不可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
D、升高桌面的高度，即升高R点距地面的高度，小球碰撞后仍然做平抛运动，可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
故选C
③碰撞前A球做平抛运动的水平位移为x1=30cm，碰撞后A球做平抛运动的水平位移为x2=14.5cm，碰撞后B球做平抛运动的水平位移为x3=45cm
设运动的时间为t，则碰撞前的动量为：mAx1t，碰撞后总动量为：mAx2t+mBx3t
所以碰撞前的总动量与碰撞后的总动量的比值为mAx1tmAx2t+mBx3t=1.01
故答案为：（1）①甲；②7.62，7.57；③大，由于空气的阻力、纸带与打点计时器之间有摩擦．
（2）①14.50；②C；③1.01．
本题解析：
本题难度：一般
5、实验题 用如图实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。下图给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知m1=50g 、m2=150g ，则（g取10m/s2，结果保留两位有效数字）
（1）在纸带上打下记数点5时的速度v=___________m/s；
（2）在打点0~5过程中系统动能的增量△EK=___________J，系统势能的减少量△EP=___________J，由此得出的结论是______________________；
（3）若某同学作出
图像如图，则当地的实际重力加速度g =___________m/s2。 
参考答案：（1）2.4
（2）0.58；0.60；在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒
（3）9.7
本题解析：
本题难度：一般