1、8.5实验:验证机械能守恒定律1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，关于重锤的选择，下列说法正确的是 ()A选择的重锤的体积越小越好B应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些C应选用体积和质量都较小的重锤D选择的重锤体积应小一些，质量尽量地大一些2某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，从打出的一条纸带中选取了清晰的点进行研究，根据所学的知识计算出打2、3两计数点时纸带的瞬时速度，并用v2、v3表示，用刻度尺测量出2、3两计数点之间的距离，用h23表示验证机械能守恒定律的关系式应为()Agh23vv Bgh23vvCv3v2aT Dvv2gh233如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图现有的
2、器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有_(填入正确选项前的字母)A米尺 B秒表C012 V的直流电源 D012 V的交流电源(2)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材B将打点计时器接到电源的“直流输出”上C用天平测出重锤的质量D先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带E测量纸带上某些点间的距离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其中操作不当的步骤是_(3)实验中误差产生的原因有_(写出两个原因)(4)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值根据打出的纸
3、带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图所示使用交流电源的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a_.(用x1、x2、x3、x4及f表示)4.在用“落体法”做“验证机械能守恒定律”的实验时,小明选择一条较为满意的纸带,如图甲所示。他舍弃前面密集的点,以O为起点,从A点开始选取纸带上连续的点A、B、C,测出O到A、B、C的距离分别为h1、h2、h3。电源的频率为f。(1)为减少阻力对实验的影响,下列操作可行的是_。A.选用铁质重锤B.安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上C.释放纸带前,手应提纸带上端并使纸带竖直D.重锤下落中手始终提住纸带上端,保持纸带竖直(2)打
4、B点时,重锤的速度vB为_。(3)小明用实验测得数据画出的v2-h图象如图乙所示。图线不过坐标原点的原因是_。(4)另有四位同学在图乙的基础上,画出没有阻力时的v2-h图线,并与其比较,其中正确的是_。5.某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取v=作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小Ep与动能变化大小Ek,就能验证机械能是否守
5、恒。(1)用Ep=mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离。A.钢球在A点时的顶端B.钢球在A点时的球心C.钢球在A点时的底端(2)用Ek=mv2计算钢球动能变化的大小,用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图乙所示,其读数为_cm。某次测量中,计时器的示数为0.010 0 s,则钢球的速度为v=_m/s。(3)下表为该同学的实验结果:Ep(10-2J)4.8929.78614.6919.5929.38Ek(10-2J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的Ep与Ek之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点?请说明理
6、由。(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。6在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g取9.80 m/s2，那么：(1)根据图上所得的数据，应取图中O点到_点来验证机械能守恒定律；(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量Ep_J，动能增加量Ek_J；(结果取三位有效数字)(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高
7、度h，则以为纵轴、以h为横轴画出的图象是图中的_7在用落体法验证机械能守恒定律的实验中(重力加速度取g9.8 m/s2)：(1)运用公式mgh对实验条件的要求是_，打点时间间隔为0.02 s，为此，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近_(2)若实验中所用重锤的质量m1 kg，打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重锤速度vB_，重锤动能Ek_，从开始下落起至B点重锤的重力势能减少量是_，由此可得出的结论是_8晓宇利用“自由落体”的方法验证了机械能守恒定律，他进行了多次操作打出了四条不同的纸带，经过测量可知纸带A、纸带B、纸带C、纸带D前两点之间的距离分别为0.185 c
8、m、0.192 cm、0.265 cm、0.195 cm.已知低压交流电源的频率为50 Hz、重锤的为1.00 kg、重力加速度取g9.80 m/s2.回答下列问题：(1)上述的四条纸带中有一条在操作过程中存在明显的问题，该纸带为_；(2)按照测量的要求从其中选出一条合适的纸带，并选取点迹清晰的计时点，用刻度尺测出的实验数据如图所示，分析知纸带的_(选填“左”或“右”)端与重锤相连；(3)由图中的实验数据求解打计时点2时，重锤下落的速度为_；(4)重锤由计时点0下降到计时点2的过程中，重锤的重力势能的减少量Ep为_，重锤的动能的增加量Ek为_，由计算分析可知Ep_Ek(选填“”、“”或“”“”
9、或“0.20 cm，说明他操作时先释放了纸带，后接通了电源，致使打点计时器打第一个计时点时，重锤的速度并不为零；(2)因重锤做自由落体运动，开始记录时计时点间距小，所以纸带的左端与重锤相连；(3)重锤的速度v2，代入数据可得v20.98 m/s；(4)从计时点0到计时点2的过程中，重力势能的减少量Epmgx020.49 J，动能的增加量Ekmv0.48 J，由以上计算知，EpEk，这是因为实验中有摩擦力和空气阻力等阻力的存在，重锤要克服阻力做功而损失机械能；(5)在实验误差允许范围内机械能守恒答案：(1)纸带C(2)左(3)0.98 m/s(4)0.49 J0.48 J实验中存在摩擦力和空气阻
10、力，重锤克服阻力做功损失机械能(5)在实验误差允许范围内机械能守恒9解析：(1)重力势能的减少量为EpmghOBm9.800.195 0 J1.911m J，重物在打B点时的速度为vB1.944 m/s，所以重物开始下落到打B点时增加的动能为Ekmv1.89m J；(2)Ek略小于Ep，由于空气阻力和限位孔的摩擦阻力做功，将部分机械能转化为了内能；(3)从以上计算的数据得出：在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能，即机械能守恒答案：(1)1.911m1.89m(2)略小于空气阻力和限位孔的摩擦阻力做功(3)在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的功能，即机械能守恒
11、10.解析：(1)C (2)导轨水平时，滑块P做匀速运动，t1t2；(3)滑块质量M两光电门间距L(4)滑块P通过光电传感器的速度为v1，v2，P、Q组成的系统机械能守恒，则mgL(Mm)2(Mm)2.(5)0.314 0.30011解析：(1)重力势能的减少量EpMgxmgxgx，到达光电门时的速度为v，动能的增加量Ek(Mm)v2(mM).若误差允许的范围内机械能守恒，则由EpEk可得x.(2)作图如图所示，利用图象可求得斜率为2.40104 m1s2，利用实验数据进行逐差法得直线斜率为2.399104 m1s2，保留3位有效数字为2.40104 m1s2.答案：(1)gx(mM)x(2)
12、如解析图所示2.4010412【答案】(1)丙(2)0.490.48解析：(1)根据xgt29.80.022 m0.20 cm知，若自由释放，第一、二点间的距离不会超过0.20 cm，可知不恰当操作的同学是丙(2)从O到B，重力势能的减小量为Ep减mgh19.80.0501 J0.49 JB点的瞬时速度为vB m/s0.98 m/s则动能的增加量为Ekmv10.982 J0.48 J.13【答案】(1)1.821.71纸带通过打点计时器受摩擦阻力、空气阻力(2)先释放重物，再接通计时器电源解析：(1)当打点计时器打到B点时重物的重力势能比开始下落时减少了Epmgh19.80.186 J1.82
13、 J.B点的瞬时速度等于AC段的平均速度为vBm/s1.85 m/s则重物动能的增加量Ekmv11.852 J1.71 J重力势能的减小量大于动能增加量的原因是纸带通过打点计时器受摩擦阻力、空气阻力(2)根据mghmv2得v2gh可知v2h图线应该是一条过原点的直线，现在图线不过原点，下落高度为零时，动能的增加量不为零，可知在操作中先释放重物，再接通电源14【答案】(1)左0.38 J(2)B解析：(1)重物下落的过程中做加速运动，相等时间中物体通过的位移越来越大，因此纸带左端与重物相连从打下计数点A到打下计数点C的过程中重力势能的减少量Epmg(hChA)1.00 kg9.80 m/s2(0
14、.070 2 m0.031 3 m)0.38 J.重物下落过程中克服阻力做功，故动能的增加量小于重力势能的减少量(2)由动能定理得Epmgh，则EkEmgh，选项A错误；由能量守恒定律得，重力势能EpEmv2，选项B正确；由能量守恒定律得，EpEk，选项C错误；重锤在下落的过程中，所受阻力均忽略不计，重锤的机械能守恒，故重锤的机械能不变，选项D错误15【答案】(1)60.00(答案在59.9660.04之间的，也正确)(2)(Mm)2(Mm)2mgs(3)Ek2Ek1解析：(1)距离s80.30 cm20.30 cm60.00 cm.(2)由于挡光条宽度很小，因此可以将挡光条通过光电门时的平均
15、速度当成瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间t可从数字计时器上读出因此，滑块通过光电门1和光电门2时的瞬时速度分别为v1，v2.当滑块通过光电门1和光电门2时，系统的总动能分别为Ek1(Mm)v(Mm)2Ek2(Mm)v(Mm)2.在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量Epmgs.(3)如果在误差允许的范围内EpEk2Ek1，则可认为验证了机械能守恒定律16.答案：(1)E (2)3F0=2F1+F2解析：(1)由于重力加速度未知,则有小铁球静止时,绳子的拉力F0,可知小球的重力为G=mg=F0,小铁球在最低点,由牛顿第二定律,则有，小铁球在最低点的动能为,从A到最低点,小铁球的重力势能减少量等于重力做的功即W0=Fl(1-cos),对小铁球在A点受力分析得F0cos=F1,从A到最低点的过程中,重力势能减少量等于动能增加量,即为,化简得3F0=2F1+F2,由以上可知,E正确,A、B、C、D错误.(2)据(1)分析知,为了验证小铁球在最高点B和最低点处的机械能是否相等,只需验证等式3F0=2F1+F2是否成立即可.19
