(2016·北京高考)利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。
(1)为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的________。
A.动能变化量与势能变化量
B.速度变化量和势能变化量
C.速度变化量和高度变化量
(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是________。
A.交流电源 B.刻度尺 C.天平(含砝码)
(3)实验中,先接通电源,再释放重物,得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量ΔEp=__________,动能变化量ΔEk=________。
(4)大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是________。
A.利用公式v=gt计算重物速度
B.利用公式v= 计算重物速度
C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响
D.没有采用多次实验取平均值的方法
(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒:在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2h图像,并做如下判断:若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。
(1)A (2)AB (3)-mghB (4)C (5)不正确
【解析】:(1)验证机械能是否守恒,验证,故选择A答案正确;
(2)根据图甲可知还需要交流电源和刻度尺,交流电源是打点计时器的工作电流,刻度尺测量纸带上点间的距离;
(3)以打点计时器为0势能面,重力做正功重力势能减小则:,动能的增加量为:由中间时刻的瞬时速度可得:代入可得:;
(4)本实验中能够给实验带来影响的是速度的计算,速度受空气阻力和纸带与仪器之间的摩擦力的影响,故存在空气阻力和摩擦阻力的影响选择C答案正确;
(5)在重物下落h的过程中,假设阻力恒定,根据动能定理得:变形可得:,v2h图像就是过原点的一条直线。要根据v2h图像来验证机械能守恒,v2h图像的斜率应该为2g。
知识拓展:
1.功与能
(1)区别功是过程量,能量是状态量,只能说处于某一状态的物体(或系统)具有多少能,而不能说这个物体(或系统) 具有多少功;功是能量转化的量度,决不能说“功是能的量度”。功和能是两个不同的概念,不可等同视之。
(2)联系功是能量转化的量度。做功的过程就是能量转化的过程,做了多少功,就有多少能量发生转化。
2.机械能守恒定律与能量守恒定律的区别
机械能守恒定律反映的是一个系统中只有重力和弹力做功,系统内物体的重力势能、弹性势能与动能可以相互转化.但总的机械能保持不变。能量守恒定律反映的是一个系统有机械能损失。但损失的机械能转变成其他形式的能,总的能量不变。
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