时间:2017-07-27 11:53:05
1、简答题 在“DIS研究机械能守恒定律”中，将实验装置中的______传感器接入数据采集器，测定摆锤在某一位置的瞬时速度，从而求得摆锤在该位置的动能，同时输入摆锤的高度，求得摆锤在该位置的重力势能，进而研究势能和动能转化时的规律．实验中A、B、C、D四点高度为0.150m、0.100m、0.050m、0.000m，已由计算机默认，不必输入．现某位同学要测定摆锤在D点的瞬时速度．其实验装置如图所示，接着他点击“开始记录”，同时让摆锤从图1中所示位置释放，计算机将摆锤通过光电门传感器的速度自动记录在表格的对应处，如图2．
（1）请问该实验中所用传感器的名称是______传感器．
（2）请指出该同学实验中的错误之处：①______；②______．
（3）摆图中计算机记录的数据与真实值相比将______（填“偏大”、“偏小”或“仍准确”）
参考答案：（1）实验中用DIS测出的应为小球在各点时的动能，故传感器K的名称是光电门传感器．
（2）请指出该同学实验中的错误之处：①光电门传感器未放在标尺盘最低端的D点；②摆锤释放器未置于A点．
（3）由于摆锤释放器未置于A点，所以得到的动能与真实值相比将偏小．
故答案为：（1）光电门；
（2）①光电门传感器未放在标尺盘最低端的D点；
②摆锤释放器未置于A点．
（3）偏小
本题解析：
本题难度：一般
2、简答题 用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．
（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；
C．用天平测量出重锤的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的空行内．
答：______．
（2）实验中得到一条纸带，如图所示．根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为S0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，使用交流电的频率为f，设重锤质量为m，则打点计时器打C点时重锤的动能为______，打点计时器在打O点和C点的这段时间内重锤的重力势能的减少量为______．利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为：a=______．
（3）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是______（填“大于”或“小于”）重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，可以通过该实验装置测定该阻力的大小，试用（2）中已知物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小为F=______．
参考答案：（1）B、应将打点计时器接到电源的交流输出端上，故B操作不恰当；
C、因为我们是比较mgh、12 mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平．故C没有必要；
D、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重锤下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差．故D操作不恰当；
故选BCD．
（2）利用匀变速直线运动的推论得：
vC=xAEtAE=(s1+s2)4f=(s1+s2)f4
EkC=12mvC2=m(s1+s2)?2f2?32
重力势能减小量△Ep=mgh=mg（s0+s1）
利用匀变速直线运动的推论△x=at2得：
a=△xt2=(s2-s1)f24
（3）由于纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量大于动能的增加量．
重锤在下落的过程受重力mg和阻力f，根据牛顿第二定律得：
F合=mg-f=ma
f=mg-ma=mg-m(s2-s1)f24
故答案为：（1）BCD
（2）m(s1+s2)2f232，mg（s0+s1），(s2-s1)f24；
（3）大于，mg-m(s2-s1)f24．
本题解析：
本题难度：一般
3、选择题 在利用自由落体“验证机械能守恒定律”的实验中，下列器材中必要的是（ ）
A．重物
B．纸带
C．天平
D．电源
参考答案：ABD
本题解析：
本题难度：简单
4、简答题 （1）验证“力的平行四边形法则”实验如图所示，A为固定橡皮的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB、OC为细绳子，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．图甲中弹簧秤B的读数为______N；图乙中的F和两力中，方向一定沿OA方向的是______；本实验采用的科学方法是______．
A．理想实验法B．等效替代法C．控制变量法D．建立物理模型法
（2）某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔0.05s闪光一次，图丙中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表（当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m=0.2kg，结果保留三位有效数字）：
| 时刻 | t2 | t3 | t4 | t5 速度（m/s） 5.59 5.08 4.58 |
参考答案：（1）图甲中弹簧秤B的读数为：11N+0.40N=11.40N；
F1与F2的合力的实际值为一个弹簧拉绳套时的弹簧的弹力大小和方向，而理论值是通过平行四边形定则得到的值F′．因此方向一定沿AO方向的是F．
该实验中采用的科学方法是等效替代法．故B正确，A、C、D错误．
（2）①在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，所以有：
v5=0.2166+0.19142×0.05=4.08m/s
②根据重力做功和重力势能的关系有：
△Ep=mg（h2+h3+h4）=0.2×10×（26.68+24.16+21.66）×10-2J=1.42J
在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，所以有：
v2=0.2668+0.29182×0.05=5.59m/s
△Ek=12m（v22-v52）=12×0.2×[（5.59）2-（4.08）2]J=1.46J．
③由上述计算得△Ep＜△Ek，由于纸带和打点计时器的摩擦以及空气阻力的存在，导致动能减小量没有全部转化为重力势能．
故答案为：（1）①11.4；②F； ③B；（2）①4.08；②1.42；1.46③＜；由于纸带和打点计时器的摩擦以及空气阻力的存在．
本题解析：
本题难度：一般
5、填空题 （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）
参考答案：（1）因系统水平方向动量守恒即mAvA-mBVB=0，由于系统不受摩擦，故滑块在水平方向做匀速直线运动故有vA=L1t1，VB=L2t2
所以还要测量的物理量是：B的右端至D板的距离L2．
（2）若要验证动量守恒定律则：mAvA-mBVB=0，带入得：mAL1t1-mBL2t2=0
故答案为：B的右端至D板的距离L2；mAL1t1-mBL2t2=0
（2）①A、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错误；
B、纸带与打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上可以减小摩擦，减小实验误差，故B正确；
C、实验供选择的重物应该相对质量较大、体积较小的物体，这样能减少摩擦阻力的影响，故C错误；
D、选用纸带上任意可计算速度的两点，计算出动能的变化量及重力势能的变化量，都可以用来验证机械能守恒定律，故D正确．
故选BD
②重锤重力势能的减少量△EP=mgh=mgh2
动能的增加量△EK=12mvF2=m(h3-h1)28T2
③根据mgh=12mv2得：
v2=2gh
所以v2-h图线的斜率为2g，
即2g=5.8-00.3-0=583
解得：g=9.67
故答案为：（1）①B到D距离L2；②mAL1t1=mBL2t2；（2）①BD；②mgh2，m(h3-h1)28T2
③9.67
本题解析：
本题难度：一般