时间:2018-10-13 00:35:44
1、简答题 如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德（G?Atwood1746-1807）创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．
某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示．
（1）实验时，该同学进行了如下步骤：
①将质量均为M（A的含挡光片、B的含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态．测量出______（填“A的上表面”、“A的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离h．
②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为△t．
③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证守恒定律．
（2）如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，应满足的关系式为______（已知重力加速度为g）．
（3）引起该实验系统误差的原因有______（写一条即可）．
（4）验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a随m增大会趋于一个什么值？
请你帮该同学解决，
①写出a与m之间的关系式：______（还要用到M和g）
②a的值会趋于______．
参考答案：（1、2）需要测量系统重力势能的变化量，则应该测量出挡光片中心到光电门中心的距离，系统的末速度为：v=d△t，
则系统重力势能的减小量△Ep=mgh，系统动能的增加量为：△Ek=12(2M+m)v2=12(2M+m)(d△t)2，
若系统机械能守恒，则有：mgh=12(2M+m)(d△t)2．
（3）系统机械能守恒的条件是只有重力做功，引起实验误差的原因可能有：绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等．
（4）根据牛顿第二定律得，系统所受的合力为mg，则系统加速度为：a=mgM+m=gMm+1，当m不断增大，则a趋向于g．
故答案为：（1）①挡光片的中心；（2）mgh=12(2M+m)(d△t)2；（3）绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等；（4）①a=mg2M+m；②重力加速度g．
本题解析：
本题难度：简单
2、简答题 某同学利用如图（1）所示的实验装置验证机械能守恒定律．倾角θ=37°的轨道末端有一段很短的光滑小圆弧，可使钢球从离地H的高度处水平飞出．将钢球从轨道的不同高度h静止释放，测出相应的钢球落点距轨道末端的水平距离s：
（1）若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2=______（用H、h表示），该同学根据理论值在图（2）中做出了s2-h关系图象．
（2）该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：请在图（2）的坐标纸上做出实验所得的s2-h关系图．
| h（10-1m） | 2.00 | 3.00 | 4.00 | 5.00． | 6.00 s2（10-1m2） 2.60 3.90 5.20 6.50 7.80 |
参考答案：（1）物体在光滑轨道上下落时，机械能守恒有：mgh=12mv2? ①
平抛后有：
水平方向：s=v0t? ②
竖直方向：h=12gt2? ③
联立①②③解得：s2=4Hh．
故答案为：4Hh．
（2）由图知，斜率k=2，由k=4H，得H=0.5m
利用描点法得出图象如下所示：
（3）对比实验结果与理论计算得到的s2--h关系图线中发现：自同一高度静止释放的钢球，也就是h为某一具体数值时，理论的s2数值大于实验的s2数值，根据平抛运动规律知道同一高度运动时间一定，所以实验中水平抛出的速率小于理论值．
故答案为：小于．
（4）钢球下滑过程需要克服摩擦力做功，根据动能定理有：
mgh-Wf=12mv2=12m(s
本题解析：
本题难度：一般
3、实验题 《用DIS研究机械能守恒定律》的实验中：
（1）下列说法中正确的是
[? ]
A．摆锤每次都必须从摆锤释放器的位置以不同的速度向下运动
B．必须测定摆锤的直径
C．摆锤下落的高度可由标尺盘直接测定
D．定位挡片的作用是改变摆锤的机械能
（2）某同学实验得到的数据界面如图（b）所示，在数据要求不太高的情况下，可得出结论：________________________，理由是：________________________。
（3）经过仔细研究数据发现，摆锤从A到D的过程中机械能____________，造成这种情况的原因主要是________________________。
参考答案：（1）BC
（2）只有重力做功的情况下，物体的机械能保持守恒；计算出摆锤在A、B、C、D四点的机械能分别为1.125×10-2 J、1.11×10-2 J、1.08×10-2 J、1.05×10-2 J，各点机械能大小基本一致
（3）逐渐减小，摆锤克服空气阻力做功消耗一定的机械能
本题解析：
本题难度：困难
4、实验题 如图所示，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=9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O点，另选连续的4个点A，B，C，D作为测量的点，经测量A，B，C，D各点到O点的距离分别为62. 99cm，70.18cm，77. 76cm，85. 73cm。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____J ，动能的增加量等于____J 。（保留三位有效数字）
参考答案：7. 62 ，7. 56
本题解析：
本题难度：一般
5、填空题 甲、乙两图均为使用电磁打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置图．
（1）采用装置______（填“甲”或“乙”）更好一些．
（2）打点计时器必须接______（填“高压”或“低压”）交流电源．
（3）丙图是采用较好的装置进行实验时得到的纸带，如果发现打下的第1、2两点之间的距离大约为4mm，这是因为实验时______．
参考答案：（1）甲好一些．
理由：①因为用夹子固定纸带，可以避免乙图中用手握住纸带的弊端，一方面，由于手的抖动会造成纸带上的第一个点迹被拖长或位置不能确定；另一方面，用夹子固定纸带，便于将纸带调整为竖直方向，以避免纸带与打点计时器限位孔之间产生过大的摩擦
（2）电磁打点计时器必须接低压交流电源．
（3）如果发现打下的第1、2两点之间的距离大约为4mm，这是因为实验时释放纸带前未打开电源，也就是打第一个点时纸带已经有了速度．
故答案为：（1）甲（2）低压（3）释放纸带前未打开电源
本题解析：
本题难度：一般