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1、第第 5 章章 实验实验 51(8 分)(2010高考四川卷，22)有 4 条用打点计时器(所用交流电频率为 50Hz)打出的纸带 A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的 4 个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为S1、S2、S3.请你根据下列 S1、S2、S3的测量结果确定该纸带为( )(已知当地重力加速度为 9.791m/s2)( )A61.0mm 65.8mm 70.7mmB41.2mm 45.1mm 53.0mmC49.6mm 53.5mm 57.3mmD60.5mm 61.0mm 60.6mm【解析】 根
2、据匀变速直线运动的规律，在连续相等时间内的位移差的特点 xaT2知xgT29.7910.022m3.9mm，由此可判断只有 C 正确【答案】 C2(8 分)(2010高考安徽卷，21)利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，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.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案其中正确的是( )A用刻度尺测出物体下落的高度 h，并测出下落时间 t，通过 vgt 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计算出瞬时速度2ghC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
3、算出瞬时速度，并通过 h计算出高度 h.v22gD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.【解析】 在验证机械能守恒定律的实验中，物体下落的高度是用刻度尺测出；瞬时速度的测量则是采用匀变速直线运动的规律，根据纸带上某点的瞬时速度等于该点前后相邻两点间的平均速度进行计算得出的，故只有 D 方案符合要求【答案】 D3(8 分)在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具测量的有( )；通过计算得到的有( )A重锤的质量B重力加速度C重锤下落的高度D与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度【解析】 重锤下落
4、的高度从纸带上用毫米刻度尺测量某点速度由公式 vn或 vn算出snsn12Thn1hn12T【答案】 C D4(8 分)在验证机械能守恒定律的实验中有关重锤质量，下列说法中正确的是( )A应选用密度和质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力B应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动C不需要称量重锤的质量D必须称量重锤的质量，而且要估读到 0.01g【解析】 本实验依据的原理是重锤自由下落验证机械能守恒定律，因此重锤的密度和质量应取得大一些，以便系统所受的阻力和重锤的重力相比可以忽略不计，以保证重锤做自由落体运动本实验不需要测出重锤的质量，实验只需要
5、验证 gh v2就行了12【答案】 AC5(8 分)如图所示，是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中N 点来验证机械能守恒定律，下面举出一些计算 N 点速度的方法，其中正确的是( )N 点是第 n 个点，则 vngnT N 点是第 n 个点，则 vng(n1)T vn snsn12Tvndn1dn12TA B C D【解析】 由于本实验需要的是物体在某一时刻的真实速度，故应使用纸带上的数据求解，利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速率等于这段时间的中间时刻的瞬时速度这一规律求解【答案】 C6(10 分)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
6、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横线上，并说明理由_.(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度 a 的数值，如图所
7、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，使用交流的频率为 f，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大于重锤增加的动能，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若已知当地重力加速度公认的较准确的值为 g，还需要测量的物理量是_(4)试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落过程中受到的平均阻力大小为F_.【解析】 (1)步骤 B 是错误的，
8、应接到交流电源的输出端；步骤 D 是错误的，应先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；步骤 C 不必要，因为根据测量原理，重锤的动能和势能中都包含 m，可以约去(2)因为 s2s1a( )2，所以 a.2f4af2(s2s1)f24(3)重锤质量 m.由牛顿第二定律 mgFma，所以阻力Fmg(s2s1)f24【答案】 (1)见解析 (2) (3)重锤质量 m (4)mg(s2s1)f24(s2s1)f247(10 分)用落体法“验证机械能守恒定律”的实验中：(g 取 9.8m/s2)(1)运用公式 mv2mgh 时对实验条件的要求是_为此目的，12所选择的纸带第 1、2 两点间的距离应接近_(2
9、)若实验中所用重物的质量 m1kg，打点纸带如图所示，打点时间间隔为 0.02s，则记录 B 点时，重物速度 vB_，重物动能 Ek_；从开始下落起至 B点，重物的重力势能减小量是_，由此可得出的结论是_(3)根据纸带算出各点的速度 v，量出下落距离 h，则以为纵轴，以 h 为横轴画出的图v22象应是图中的( )【解析】 (1)自由下落的物体在第一个 0.02s 内，下落距离 h gt22mm12(2)vBm/s0.59m/shAC2T(31.47.8) 1032 0.02Ek mvB2 10.592J0.174J1212Epmgh19.817.9103J0.175J【答案】 (1)自由下落的
10、物体 2mm(2)0.59m/s 0.174J 0.175J 在实验误差允许的范围内，动能的增加量等于重力势能的减少量 (3)C8(10 分)光电计时器是物理实验中经常用到的一种精密计时仪器，它由光电门和计时器两部分组成，光电门的一臂的内侧附有发光装置(发射激光的装置是激光二极管，发出的光束很细)，如下图中的 A 和 A，另一臂的内侧附有接收激光的装置，如下图中的 B 和 B，当物体在它们之间通过时，二极管发出的激光被物体挡住，接收装置不能接收到激光信号，同时计时器就开始计时，直到挡光结束光电计时器停止计时，故此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间现有一小球从两光电门的正上方开始自由下落，
11、如下图所示(1)若要用这套装置来验证机械能守恒定律，则要测量的物理量有_(每个物理量均用文字和字母表示，如高度 H)(2)验证机械能守恒定律的关系式为_【解析】 本实验是围绕机械能守恒定律的验证设计的，关键是速度的测定，本题改打点计时器测量速度为光电门测量由于本装置可记录小球通过光电门的时间 t，则将小球的直径 D 除以 t，即可求出小球经过光电门的速度，若再测出两光电门间相距的高度 H，即可验证机械能守恒定律(1)需要测量的物理量有：小球直径 D，两光电门间的竖直高度 H，小球通过上、下两光电门的时间 t1、t2.则小球通过上、下两光电门处的速度分别为、.Dt1Dt2(2)验证守恒关系式为：
12、m()2 m()2mgH12Dt212Dt1化简得：2gH.D2t22D2t12【答案】 (1)小球直径 D、两光电门间的竖直高度 H、小球通过上、下两光电门的时间t1、t2(2)2gHD2t22D2t129(10 分)用打点计时器和重物在自由下落的情况下验证机械能守恒定律的实验中，电源频率为 50Hz，依次打出的点为 0、1、2、3、4，则(1)在如上图所示两条纸带中应选取的纸带是_，因为_(2)如从起点 0 到第 3 点之间来验证，必须测量的物理量为_，验证的表达式为_【解析】 (1)应选取前两点距离接近 2mm 的纸带，故应选 a.(2)如从 0 到第 3 点来验证，则需测量的物理量为
13、h2、h3、h4，Epmghmgh3.v3h4h22TEk mv32 m()21212h4h22Tm(h4h2)28T2验证的表达式为mgh3m(h4h2)28T2【答案】 (1)a 应选取前两点距离接近 2mm 的纸带(2)h2、h3、h4 mgh3m(h4h2)28T210(10 分)(2010广州模拟)“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如下图所示的甲或乙方案来进行(1)比较这两种方案，_(选填“甲”或“乙”)方案好些，理由是_(2)如图丙是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图所示，已知每两个计数点之间的时间间隔 T0.1s.物体运动的加速度 a_；该纸带是采用_(选填“
14、甲”或“乙”)实验方案得到的简要写出判断依据_(3)如下图是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中 N 点速度时，几位同学分别用下列不同的方法进行，其中正确的是( )AvNgnT BvNsnsn12TCvN DvNg(n1)Tdn1dn12T【解析】 (1)甲 因为这个方案摩擦阻力小，误差小，操作方便，实验器材少机械能守恒的前提是只有重力做功，实际操作的方案中应该使摩擦力越小越好(2)a102m/s24.8m/s2(4.7m/s24.9m/s2都正确)DFBD4T2(21.526.4)(11.916.7)4 0.12乙 因为物体运动的加速度比重力加速度小很多(3)选 B、C 匀变速运动中某一段的平均速度等于中间时刻的瞬时速度因为所取计时起点 O 的速度不一定为零，并且在实际运动过程中由于阻力影响，重物下落的加速度要小于重力加速度 g，所以 A、D 错误【答案】 见解析11(10 分)如图(a)所示，用包有白纸的、总质量为 m 的圆柱棒替代纸带和重锤，蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之转动，使之替代打点计时器当烧断挂圆柱的线后，圆柱棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱棒
