时间:2019-03-16 02:27:47
1、简答题 某同学利用如图1所示的实验装置来验证机械能守恒定律：
（1）该同学开始实验时情形如图所示，接通电源释放纸带．请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方：①______；②______．
（2）该同学经修改错误并正确操作，让质量为1kg的重锤下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源为频率是50Hz的交变电源，纸带打点如图2所示．纸带上O点为重锤自由下落时的打点起点（O、A间有点未画出），选取的计数点A、B、C、D依次间隔一个点（图中未画出），各计数点与O点距离如图所示，单位为mm，重力加速度为9.8m/s2，则：（结果保留三位有效数字）根据纸带，打点计时器打下B点时，重锤速度vB=______，重锤动能EkB=______从开始下落算起，打点计时器记录B点时，重锤势能减少量为______．由此可以得到的实验结论是：______．
参考答案：（1）本实验要求采用打电计时器，而打点计时器采用的是交流电源，而本实验中采用了直流电源；
同时，由于加速度较大，故纸带应在1米左右，且应让重物紧靠打点计时器，而本实验中离打点计时器太远，故错误为：
①打点计时器接了直流电源；②重物离打点计时器太远；
（2）计数点A、B、C、D依次间隔一个点（图中未画出），所以相邻的计数点的时间间隔是T=0.04s
根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度大小，因此有：
vB=xACtAC=1.254-0.3142×0.04=1.18m/s
EkB=12mvB2=12×1×（1.18）2=0.690J
从开始下落算起，打点计时器记录B点时，重锤势能减少量为△EP=mgh=1×9.8×0.706=0.692J
由（1）（2）中数据可知重锤动能增加量近似等于重锤势能减少量，即在误差允许的范围内重锤下落过程机械能守恒．
故答案为：（1）打点计时器接了直流电；重物离打点计时器太远．
（2）1.18；0.690J；0.692J；在误差允许的范围内重锤下落过程机械能守恒．
本题解析：
本题难度：一般
2、填空题 用落体法验证机械能守恒定律的实验中：
（1）有下列器材可供选用：电磁打点计时器、铁架台（带铁架）、带铁夹的重物、复写纸、纸带、秒表、导线、开关、天平，其中不必要的器材是______；缺少的器材是交流电源，______．
（2）供选择的重物有以下四个，应选择______
A．质量为100g的木球B．质量为10g的砝码 C．质量为200g的重锤D．质量为10g的塑料球
（3）若实验中所用重锤质量为m=1kg，打点纸带如图1所示（O点为自由下落的起始点），打点时间间隔为0.02s，则记录D点时，重锤的速度vD=______，重锤动能EKD=______．从开始下落起至D点，重锤的重力势能减少量为______J，因此可得出的结论是______．（结果均保留三位有效数字）
（4）根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以v2/2为纵轴，以h为横轴画出的图象应是图2中的______
参考答案：（1）其中不必要的器材是：因为我们是比较mgh、12mv2的大小关系，故m可约去，不需要用天平，不需要秒表，打点计时器本身可以表示出时间；
在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知道重锤下降的距离，以及通过纸带上两点的距离，求出平均速度，从而可知瞬时速度，因此还需要刻度尺，交流电源．
故答案为：秒表、天平；刻度尺，交流电源．
（2）由于实验中受到空气阻力和纸带的摩擦阻力，所以我们应找体积较小，质量较大的物体作为研究对象．
故选C．
（3）变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出D点的速度大小为：
vD=xCE2T=0.768m/s
EkD=12mv2=0.295J
重力势能减少量是：mgh=1×9.8×32.72×10-3=0.321J
减少的重力势能和增加的动能几乎相等，故结论是：在忽略阻力的情况下，重锤机械能守恒．
故答案为：0.768；0.295；0.301，在忽略阻力的情况下，重锤机械能守恒．
（4）根据机械能守恒有mgh=12mv2，由此得出则以v22为纵轴，以h为横轴画出的图象为过原点的直线，ABD错误，C正确．
故选C．
本题解析：
本题难度：简单
3、填空题 在“验证机械能守恒定律”的实验中采用重物自由下落的方法．
（1）某同学列举实验中用到的实验器材为：铁架台、打点计时器及复写纸片、纸带、秒表、低压交流电源、导线、重锤、天平，其中不必要的是______；缺少的是______．
（2）用公式
| mv2 2 |
| v2 2 |
参考答案：（1）其中不必要的器材是：秒表，通过打点计时器打出的点可以计算时间．
天平，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．
缺少的是刻度尺，我们需要刻度尺测量计数点间的距离．
（2）用公式mv22=mgh进行验证时，对纸带上起点的要求是初速度为零，所以所选纸带的第一、二两点间距应接近h=12gt212×10×0.022m=0.002m=2mm．
（3）利用v2-h图线处理数据，如果mgh=12mv2，那么12v2=gh，知12v2-h图线是过原点的倾斜直线，图线的斜率为重力加速度g．
故答案为：（1）秒表、天平；刻度尺（2）初速度为零；2mm（3）D；g
本题解析：
本题难度：一般
4、简答题 用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验．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=9.80m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量各计数点到O点的距离如图所示．图中O点是打点计时器打出的第一个点，A，B，C，D分别是每隔一个点取的计数点，则重物由O点运动到B点时，重力势能的减小量等于______mJ，动能的增加量为______mJ（保留三位有效数字，其中重物质量m已填好），产生误差的主要原因是______．（写出一条即可）
参考答案：图中O点是打点计时器打出的第一个点，A，B，C，D分别是每隔一个点取的计数点，所以相邻的计数点的时间间隔是0.04s．
重物由O点运动到B点时，重物的重力势能的减少量△Ep=mgh=9.8×0.7857mJ=7.70mJ．
利用匀变速直线运动的推论
vB=xACtAC=1.95m/s
EkB=12mvB2=1.90 mJ
△Ek=EkB-0=0.190? mJ
这样验证的系统误差总是使重物的重力势能的减少量略大于动能的增加量，原因是纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力．
故答案为：7.70，1.90，纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力．
本题解析：
本题难度：一般
5、填空题 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50赫．查得当地的重力加速度g=9.80米/秒2．测得所用的重物的质量为1.00千克．实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作0，另选连续的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0点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm．根据以上数据，可知：打C点时重物的速度为______m/s；重物由0点运动到C点，重力势能的减少量等于______焦，动能的增加量等于______焦（取3位有效数字）．
参考答案：利用匀变速直线运动的推论
vc=x46t46=xBDtBD=(0.8573-0.7018)m2×0.02S=3.89m/s
根据重力势能的定义式得：
重力势能减小量△Ep=mgh=1.0×9.8×0.7776J=7.62 J．
动能的增加量△EK=Ekc-0=12mvC2=7.56 J
故答案为：3.89，7.62，7.56．
本题解析：
本题难度：一般