1、【 精品教育资源文库 】 第 6 讲 实验：验证机械能守恒定律 基础巩固 1.(2016 北京朝阳期中 ,16,12 分 )如图 1所示 ,是利用自由落体运动进行 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验。所用的打点计时器通以 50 Hz的交流电。 图 1 图 2 (1)甲同学按照正确的实验步骤操作后 ,选出一条纸带如图 2所示 ,其中 O点为打点计时器打下的第一个点 ,A、 B、 C为三个计数点 ,用刻度尺测得 OA=12.41 cm,OB=18.60 cm,OC=27.21 cm,在计数点 A和 B、B 和 C之间还各有一个点。已知重物的质量为 1.00 kg,取 g =9.80 m/s2 。
2、在 OB段运动过程中 ,重物重力势能的减少量 E p= J;重物的动能增加量 E k= J(结果均保留三位有效数字 )。 (2)该实验没有考虑各种阻力的影响 ,这属于本实验的 误差 (选填 “ 偶然 ” 或 “ 系统 ”) 。由此看 ,甲同学数据处理的结果比较合理的应当是 E p E k(选填 “ 大于 ” 、 “ 等于 ” 或 “ 小于 ”) 。 (3)乙同学想利用该实验装置测定当地的重力加速度。他打出了一条纸带后 ,利用纸带测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离 h,算出了各计数点对应的速度 v,以 h为横轴 ,以 v2为纵 轴画出了如图 3所示的图线。由于图线没有过原点 ,他又
3、检查了几遍 ,发现测量和计算都没有出现问题 ,其原因可能是 。乙同学测出该图线的斜率为 k,如果不计一切阻力 ,则当地的重力加速度 g k(选填 “ 大于 ” 、 “ 等于 ” 或 “ 小于 ”) 。 【 精品教育资源文库 】 图 3 (4)丙同学利用该实验装置又做了其他探究实验 ,分别打出了 4条纸带 、 、 、 , 其中只有一条是做 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验时打出的。为了找出该纸带 ,丙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的距离依次为 x1、 x2、 x3。请你根据 下列 x1、 x2、 x3的测量结果确定该纸带为 。 (取 g =9.80
4、 m/s2) 6.05 cm,6.10 cm,6.06 cm 4.96 cm,5.35 cm,5.74 cm 4.12 cm,4.51 cm,5.30 cm 6.10 cm,6.58 cm,7.06 cm 2.2016北京西城一模 ,21(2)如图 1所示 ,将打点计时器固定在铁架台上 ,用重物带动纸带从静止开始自由下落 ,利用此装置可 “ 验证机械能守恒定律 ” 。 图 1 已准备的器材有 :打点计时器 (带导线 )、纸带、复写纸、带铁夹的铁 架台和带夹子的重物 ,此外还必需的器材是 (只有一个选项符合要求 ,填选项前的符号 )。 A.直流电源、天平及砝码 B.直流电源、刻度尺 C.交流电源
5、、天平及砝码 D.交流电源、刻度尺 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 2所示 (其中一段纸带图中未画出 )。图中 O点为打出的起始点 ,且速度为零。选取在纸带上连续打出的点 A、 B、 C、 D、 E、【 精品教育资源文库 】 F、 G作为计数点。其中测出 D、 E、 F点距起始点 O的距离如图 2所示。已知打点计时器打点周期为 T=0.02 s。由此可计算出打 E点时重物的瞬 时速度 vE= m/s(结果保留三位有效数字 )。 图 2 若已知当地重力加速度为 g,代入图 2中所测的数据进行计算 ,并将 与 进行比较 (用题中所给字母表示 ),即
6、可在误差范围内验证 ,从 O点到 E 点的过程中机械能是否守恒。 某同学进行数据处理时不慎将纸带前半部分损坏 ,找不到打出的起始点 O了 ,如图 3所示。于是他利用剩余的纸带进行如下的测量 :以 A点为起点 ,测量各点到 A点的距离 h,计算出重物下落到各点的速度 v,并作出 v2-h图像。图 4 中给出了 a、 b、 c三条直线 ,他作出的图像应该是图线 ;由图像得出 ,A点到起始点 O的距离为 cm(结果保留三位有效数字 )。 图 3 图 4 某同学在家里做 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验 ,他设计的实验装置如图 5所示 ,用细线的一端系住一个较重的小铁锁 (可看成质点 ),另一端缠系
7、在一支笔上 ,将笔放在水平桌面的边上 ,用较重的书压住。将铁锁拉至与桌面等高处 (细线拉直 ),然后自由释放。在笔的正下方某合适位置放一小刀 ,铁锁经过时 ,细线立即被割断 ,铁锁继续向前运动 ,落在水平地面上。测得水平桌面高度为 h,笔到铁锁的距离为 l,笔到铁锁落地的水平距离为 s。若满足 s2= (用 l、 h表 示 ),即可验证铁锁从释放至运动到笔的正下方的过程中机械能守恒。 【 精品教育资源文库 】 图 5 综合提能 1.(2016 北京朝阳期中 ,16,12 分 )如图 1所示 ,是利用自由落体运动进行 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验。所用的打点计时器通以 50 Hz的交流电
8、。 图 1 图 2 (1)甲同学按照正确的实验步骤操作后 ,选出一条纸带如图 2所示 ,其中 O点为打点计时器打下的第一个点 ,A、 B、 C为三个计数点 ,用刻度尺测得 OA=12.41 cm,OB=18.60 cm,OC=27.21 cm,在计数点 A和 B、B 和 C之间还各有一个点。已知 重物的质量为 1.00 kg,取 g =9.80 m/s2 。在 OB段运动过程中 ,重物重力势能的减少量 E p= J;重物的动能增加量 E k= J(结果均保留三位有效数字 )。 【 精品教育资源文库 】 (2)该实验没有考虑各种阻力的影响 ,这属于本实验的 误差 (选填 “ 偶然 ” 或 “
9、系统 ”) 。由此看 ,甲同学数据处理的结果比较合理的应当是 E p E k(选填 “ 大于 ” 、 “ 等于 ” 或 “ 小于 ”) 。 (3)乙同学想利用该实验装置测定当地的重力加速度。他打出了一条纸带后 ,利用纸带测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离 h,算出 了各计数点对应的速度 v,以 h为横轴 ,以 v2为纵轴画出了如图 3所示的图线。由于图线没有过原点 ,他又检查了几遍 ,发现测量和计算都没有出现问题 ,其原因可能是 。乙同学测出该图线的斜率为 k,如果不计一切阻力 ,则当地的重力加速度 g k(选填 “ 大于 ” 、 “ 等于 ” 或 “ 小于 ”) 。 图 3 (
10、4)丙同学利用该实验装置又做了其他探究实验 ,分别打出了 4条纸带 、 、 、 , 其中只有一条是做 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验时打出的。为了找出该纸带 ,丙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 邻两个点间的距离依次为 x1、 x2、 x3。请你根据下列 x1、 x2、 x3的测量结果确定该纸带为 。 (取 g =9.80 m/s2) 6.05 cm,6.10 cm,6.06 cm 4.96 cm,5.35 cm,5.74 cm 4.12 cm,4.51 cm,5.30 cm 6.10 cm,6.58 cm,7.06 cm 2.2016北京西城一模 ,21(
11、2)如图 1所示 ,将打点计时器固定在铁架台上 ,用重物带动纸带从静止开始自由下落 ,利用此装置可 “ 验证机械能守恒定律 ” 。 【 精品教育资源文库 】 图 1 已准备的器材有 :打点计时器 (带导线 )、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物 ,此外还必需的器材是 (只有一个选项符合要求 ,填选项前的符号 )。 A.直流电源、天平及砝码 B.直流电源、刻度尺 C.交流电源、天平及砝码 D.交流电源、刻度尺 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 2所示 (其中一段纸带图中未画出 )。图中 O点为打出的起始点 ,且速度为零。选取在纸带上连续打出
12、的点 A、 B、 C、 D、 E、F、 G作为计数点。其中测出 D、 E、 F点距起始点 O的距离如图 2所示。已知打点计时器打点周期 为 T=0.02 s。由此可计算出打 E点时重物的瞬时速度 vE= m/s(结果保留三位有效数字 )。 图 2 若已知当地重力加速度为 g,代入图 2中所测的数据进行计算 ,并将 与 进行比较 (用题中所给字母表示 ),即可在误差范围内验证 ,从 O点到 E 点的过程中机械能是否守恒。 某同学进行数据处理时不慎将纸带前半部分损坏 ,找不到打出的起始点 O了 ,如图 3所示。于是他利用剩余的纸带进行如下的测量 :以 A点为起点 ,测量各点到 A点的距离 h,计算
13、出重物下落到各点的速度 v,并作出 v2-h图像。图 4 中给出了 a、 b、 c三 条直线 ,他作出的图像应该是图线 ;由图像得出 ,A点到起始点 O的距离为 cm(结果保留三位有效数字 )。 图 3 图 4 【 精品教育资源文库 】 某同学在家里做 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验 ,他设计的实验装置如图 5所示 ,用细线的一端系住一个较重的小铁锁 (可看成质点 ),另一端缠系在一支笔上 ,将笔放在水平桌面的边上 ,用较重的书压住。将铁锁拉至与桌面等高处 (细线拉直 ),然后自由释放。在笔的正下方某合适位置放一小刀 ,铁锁经过时 ,细线立即被割断 ,铁锁继续向前运动 ,落在水平地面上。
14、测得水平桌面高度为 h,笔到铁锁的距离为 l,笔到铁锁落 地的水平距离为 s。若满足 s2= (用 l、 h表示 ),即可验证铁锁从释放至运动到笔的正下方的过程中机械能守恒。 图 5 答案精解精析 基础巩固 1.答案 (1)1.82 1.71 (2)系统 大于 (3)先释放重物再接通打点计时器 等于 (4) 【 精品教育资源文库 】 解析 (1)E p=mgOB=1.009.8018.6010 -2 J1.82 J,E k= mv2= m( )2= 1.00 2 J1.71 J (2)由于各种阻力影响 ,使得重物重力势能转化为动能和摩擦产生的内能 ,E pE k,这是由本装置所决定的 ,是系
15、统误差。 (3)由图 3知 h=0时 ,v0,说明在打第一个点时 ,重物已有速度 ,可能是先释放重物再接通打点计时器电源造成的。从直线上任取两点 (h1, ),(h2, ),由机械能守恒定律有 :mg(h2-h1)= m( - ),g= =k。 (4)本实验中若不计各种摩擦阻力 ,重物带动纸带做自由落体运动 ,相邻两点间隔之差应相等即x=x 2-x1=x3-x2=gT2=9.800.02 2 m=0.392 cm,只有 满足条件。 2. 答案 D 3.04 gh 2 a 10.0 4l(h -l) 解析 打点计时器是采用交流电源供电的 ;实验中需要用刻度尺来测量纸带上的点间距 ;本实验不需要测量重物质量 ,所以不需要天平 ; v E= =3.04 m/s; 根据机械能守恒可知 ,重力势能的减少量等于动能的增加量 ,mgh2= m -0,则=gh2; 由于选取 A点作为起点 ,则起点处速
