1、5.5.2实验二 验证机械能守恒定律命题报告教师用书独具知识点题号实验原理和操作1、2数据处理及误差分析3、4、5实验创新设计6、71.在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证的是重物重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有_A用天平称出重物的质量B把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来C把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重物提升到一定高度D接通电源，待打点稳定后释放纸带E用秒表测出重物下落的时间解析：在“验证机械能守恒定律”的实验中，需验证重力势能减少量mgh和动能增加量mv2之间的大小关系，若机
2、械能守恒，则有mghmv2成立，两边都有质量，可约去，即验证ghv2成立即可，故无需测质量，A选项多余，对E选项，测速度时，用的是纸带上的记录点间的距离和打点计时器打点的时间间隔，无需用秒表测量，因此E选项也多余答案：AE2“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用如图所示的甲或乙方案来进行(1)比较这两种方案，_(填“甲”或“乙”)方案好些(2)该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方：_；_.(3)该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁中所示已知相邻两个计数点之间的时间间隔T0.1 s，则物体运动的加速度a_；该纸
3、带是采用_(填“甲”或“乙”)实验方案得到的解析：由xaT2，利用逐差法得到物体运动的加速度a4.8 m/s2.若用自由落体实验测得物体运动的加速度a应该接近10 m/s2，所以该纸带是采用“乙” 实验方案得到的答案：(1)甲(2)打点计时器接了直流电源重物离打点计时器太远(3)4.8 m/s2乙3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0.05 s闪光一次，图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10 m/s2，小球质量m0.2 kg，结果保留三位有效数字)时刻t2t3t4t5速度/(m/s)5.595.084.58(1)由频闪照
4、片上的数据计算t5时刻小球的速度v5_ m/s.(2)从t2到t5时间内，重力势能增加量Ep_ J，动能减少量Ek_ J.(3)在误差允许的范围内，若Ep与Ek近似相等，从而验证了机械能守恒定律由上述计算得Ep_Ek(选填“”“”或“”)，造成这种结果的主要原因是_.解析：(1)v5 cm/s408 cm/s4.08 m/s.(2)由题给条件知：h25(26.6824.1621.66) cm72.5 cm0.725 m.Epmgh250.2100.725 J1.45 JEkmvmv0.2(5.5924.082) J1.46 J(3)由(2)中知EpEk，因为存在空气摩擦等原因，导致重力势能的增
5、加量小于动能的减少量答案：(1)4.08(2)1.451.46(3)原因见解析4利用图1实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转化问题(1)实验操作步骤如下，请将步骤B补充完整：A按实验要求安装好实验装置：B使重物靠近打点计时器，接着先_，后_，打点计时器在纸带上打下一系列的点；C图2为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点，分别测出若干连续点A、B、C与O点之间的距离h1、h2、h3.(2)已知打点计时器的打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，结合实验中所测得的h1、h2、h3，可得重物下落到B点时的速度大小为_，纸带从O点下落到B点的过程中，重物增加的动能为_，减少
6、的重力势能为_(3)取打下O点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能Ek和重力势能Ep，建立坐标系，横轴表示h，纵轴表示Ek和Ep，根据以上数据在图3中绘出图线和图线.已求得图线斜率的绝对值k12.94 J/m，请计算图线的斜率k2_ J/m(保留3位有效数字)重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为_(用k1和k2表示)(4)通过对k1和k2的比较分析 ，可得到的结论是(只要求写出一条)：_.解析：对图线：Epmgh，即k1mg，对图线：Ek(mgFf)h，即k2mgFf，所以Ffk1k2，.答案：(1)接通电源放开纸带(2)mgh2(3)2.80(2.
7、732.87之间均可)(k1用mg表示也可)(4)k2小于k1，动能的增量小于重力势能的减少量(其他结论合理的也可)5用如图1所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律如图2给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示已知m150 g，m2150 g，则(结果均保留两位有效数字)(1)在纸带上打下计数点5时的速度v_m/s；(2) 在打下第“0”到打下第“5”点的过程中系统动能的增量Ek_ J，系统势能的减少量Ep_
8、J；(取当地的重力加速度g10 m/s2)(3)若某同学作出v2h图象如图3所示，则当地的重力加速度g_ m/s2.解析：(1)v m/s2.4 m/s(2)Ek(m1m2)v200.58 JEpm2ghm1gh0.60 J(3)由(m2m1)gh(m1m2)v2知即图象的斜率k解得g9.7 m/s2答案：(1)2.4(2)0.580.60(3)9.76在利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中(1)某同学在实验中得到的纸带如图所示，其中A、B、C、D是打下的相邻的四个点，它们到运动起始点O的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.已知当地的重力加速
9、度g9.80 m/s2，打点计时器所用电源的频率为50 Hz，重物的质量为1.00 kg.请根据以上数据计算重物由O点运动到C点的过程中，重力势能的减少量为_J，动能的增加量为_J(结果均保留三位有效数字)(2)甲、乙、丙三名同学通过实验各得到一条纸带，它们前两个点间的距离分别是1.0 mm、1.9 mm、4.0 mm.那么操作上一定存在错误的同学是_，造成错误的原因是_解析：(1)EpmgOC7.62 J，vC3.89 m/s，EkCmv7.57 J.(2)丙得到的距离为4.00 mm，而自由落体运动中在前0.02 s内下落的距离hgt22 mm，故其错误，说明打第一个点时纸带有初速度但当摩
10、擦力较大时，相距1 mm还是可能的 答案：(1)7.627.57(2)丙先释放重物，后接通电源7某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械守恒定律弧形轨道末端水平，离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.(1)若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2_(用H、h表示)(2)该同学经实验测量得到一组数据，如表所示：h/101 m2.003.004.005.006.00s2/101 m22.623.895.206.537.78请在坐标纸上作出s2h关系图(3)对比实验结果与理论计算得到的s2h关系图线(图乙中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率_(选填“小于”或“大于”)理论值(4)从s2h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率与理论值偏差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是_.解析：(1)由机械能守恒有：mghmv2由平抛运动规律svt、Hgt2得：s24Hh.(2)根据表中数据描出s2h关系如图所示(3)由图看出在相同h下，水平位移s值比理论值要小，由svtv，说明水平抛出的速率比理论值小(4)水平抛出的速率偏小，说明有机械能损失，可能因为摩擦或在下落过程中钢球发生转动答案：(1) 4Hh(2)图见解析(3)小于(4)摩擦或转动(回答一个即可)
