1、实验(六)实验6验证机械能守恒定律12013辽宁五校联考图S61为“探究牛顿第二定律”的实验装置，该装置由气垫导轨、两个光电门、滑块和沙桶等组成光电门可以测出滑块分别通过两个光电门的瞬时速度，导轨标尺可以测出两个光电门间的距离，用天平测出滑块和沙桶的质量分别为M和m.下列说法中正确的是()图S61A用该装置不能测出滑块的加速度B用该装置探究牛顿第二定律时，要保证拉力近似等于沙桶的重力，因此必须满足mMC可以用该装置验证机械能守恒定律，但必须满足mMD可以用该装置探究动能定理，但不必满足mM2. 某同学利用如图S62所示的实验装置验证机械能守恒定律图S62 (1)请指出该同学在实验操作中存在的两
2、处明显错误或不当并加以改正：_；_(2)该同学经正确操作得到如图S63所示的纸带，取连续的6个点A、B、C、D、E、F为计数点，测得点A到B、C、D、E、F的距离分别为h1、h2、h3、h4、h5，若打点的时间间隔为T，则打E点时重物速度的表达式为vE_图S633关于利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验，以下说法中正确的是()A实验中的摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越少，误差就越小B实验时需称出重锤的质量C纸带上第1、2两点间的距离若不接近2 mm，则无论怎样处理实验数据，实验误差都会较大D处理打点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必
3、选取计数点4利用如图S64所示的装置可以验证机械能守恒定律，实验中电火花计时器所用交流电源的频率为50 Hz，得到如图S65所示的纸带选取纸带上打出的连续5个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s019.00 cm，A、C点间的距离为s18.36 cm，C、E点间的距离为s29.88 cm，g取9.8 m/s2，测得重物的质量为100 g选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，则重物减少的重力势能为_J，打C点时重物的动能为_J(结果保留两位有效数字)图S64图S655图S66甲是某实验小组验证钩码和滑块组成的系统机械能守恒的实验装置，图中的气垫导轨被水平地固定在实验台上甲乙图
4、S66(1)实验中，用螺旋测微器测量遮光条的宽度d，测量结果如图乙所示，则遮光条的宽度d_mm.(2)实验时将滑块从图示位置由静止释放，由光电计时器读出遮光条通过光电门所用的时间t，钩码的质量m已用天平测得，为了验证系统的机械能守恒定律，在本次实验中还需要测量的物理量有_(文字说明并用相应的字母表示)(3)在实验误差允许的范围内，本实验验证机械能守恒的关系式是_(用测量的物理量符号表示)6利用气垫导轨装置验证机械能守恒定律时，先把导轨调成水平，然后按如图S67所示的方式，用垫块把导轨的一端垫高H，质量为m的滑块上安装宽度为d3.0 cm的遮光板使滑块由轨道上端任一位置滑下，测出它通过光电门G1
5、和G2时的速度v1和v2，就可以算出它由G1到G2这段过程中动能的增加量Ekm(vv)，再算出重力势能的减少量Epmgh，比较Ek与Ep的大小，便可验证机械能是否守恒图中H、L、s均已事先设定，滑块通过两个光电门所用的时间分别为t1和t2.图S67(1)滑块速度v1、v2的表达式分别为v1_、v2_，滑块通过G1、G2时的高度差h的表达式h_(2)若测得图中L1.0 m，s0.50 m，H20 cm，m500 g，滑块通过G1和G2的时间分别为5.0102 s和2.0102s，当地重力加速度g取9.80 m/s2，则动能的增加量Ek_，重力势能的减少量Ep_(以上两空均保留三位有效数字)，由此
6、得到的实验结论是_7在用自由落体运动验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作得到如图S68所示的纸带，其中O是起始点，A、B、C是由频率为50 Hz的打点计时器连续打下的3个点该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中(单位：cm)图S68(1)这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_(选填“OA”“OB”或“OC”)段，应记作_cm.(2)甲同学用质量为1 kg的重锤在OB段的运动来验证机械能守恒定律，已知当地的重力加速度g取9.80 m/s2，他用AC段的平均速度作为B点的瞬时速度，则OB段重锤重力势能的减少量为_，动能的增加量为_(以上两空均保留三位有效数字)这样验证
7、的系统误差总是使重力势能的减少量_(选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量(3)乙同学根据同一条纸带的同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒定律，将打点计时器打下的第一个点O记为第1个点，图中的点B是打点计时器打下的第9个点因此他用vBgt计算B点的瞬时速度，得到动能的增加量，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_(选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量，原因是_.(4)丙同学根据同一条纸带上测量出的数据，算出A、B之间的距离以及B、C之间的距离，利用公式a 算出纸带下落时的重力加速度a，并把这个加速度当作当地的重力加速度计算出重力势能的减少量；同时用AC段的平均
8、速度作为B点的瞬时速度从而算出动能的增加量，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_(选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量，原因是_.8“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图S69所示的甲或乙方案来进行(1)两种方案中，较理想的是_(选填“甲”或“乙”)方案图S69(2)图S610是实验中得到的一条纸带，图中所标的数据是相邻两个计数点间的距离，已知每相邻两个计数点之间的时间间隔T0.1 s，则B点对应物体的速度vB_m/s，D点对应物体的速度vD_m/s.(3)经分析可知该纸带是采用_(选填“甲”或“乙”)实验方案得到的图S6109(1)关于“利用自由落体运动验证机械能守恒定律”
9、的实验的叙述中，正确的是_A打点计时器安装时要使两个限位孔位于同一竖直线上并安装稳定，以减小纸带下落过程中的阻力B需用天平测出重锤的质量C打点计时器用由4节干电池串联而成的电池组作为电源D用手托着重锤，先释放重锤，然后闭合打点计时器的电源开关E打出的纸带中，只要点迹清晰，就可以运用公式mghmv2验证机械能是否守恒F验证机械能是否守恒必须先确定重力势能的参考平面(2)验证机械能是否守恒时，实验中计算某一点的速度时，甲同学用vgt来计算，乙同学用vn来计算其中_同学的计算方法更符合实验要求关于重力加速度g的数值，甲同学用9.8 m/s2代入，乙同学用通过对纸带分析计算出重锤下落的实际加速度代入，
10、丙同学用当地的实际重力加速度代入，其中_同学的做法是正确的(3)计算实验结果时甲同学发现重锤重力势能的减少量Ep略大于动能的增加量Ek，乙同学发现EpEk，实验过程中肯定存在错误的是_同学本实验中引起误差的主要原因是_.实验(六)1. B2(1)打点计时器不应该使用直流电源，应使用低压交流电源纸带开始释放时，重物的位置偏低，纸带上打点的部分过短，应拉动纸带使重物靠近打点计时器(2)3. D40.270.26解析 重物减少的重力势能Epmg(s0s1)0.27 J，打C点时重物的速度vC2.28 m/s，动能Ekmv0.26 J.5(1)3.695(2)滑块的质量M和滑块由静止运动到光电门的位移
11、s(3)mgs解析 (1)d3.5 mm19.50.01 mm3.695 mm.(2)验证钩码和滑块组成的系统机械能守恒，计算增加的动能时需用到滑块的质量M，计算减少的重力势能时需用到滑块由静止运动到光电门的位移s.(3)滑块经过光电门时的速度为v，上述过程中滑块和钩码组成的系统增加的动能Ek(Mm)v2，减少的重力势能Ep mgs.如果在实验误差允许的范围内EpEk，即mgs，则验证了机械能守恒定律6(1)s(2)0.473 J0.490 J在误差允许的范围内，滑块下滑过程中机械能守恒解析 (1)由于遮光板的宽度d3.0 cm很小，而滑块通过光电门的时间极短，故可以认为滑块通过两光电门时的平
12、均速度就等于通过G1和G2两位置的瞬时速度，即v1，v2；设导轨的倾角为，则sin ，可得hssin s.(2)v10.60 m/s，v21.50 m/s，高度差hs0.50 m0.10 m动能的增加量Ekm(vv)0.473 J，重力势能的减少量Epmgh0.490 J；实验结论为在误差允许的范围内，滑块下滑过程中机械能守恒7(1)OC15.70(2)1.22 J1.20 J大于(3)小于重锤下落过程中受到阻力，打下B点时重锤的速度小于根据vgt计算出来的速度，故系统误差总是使重力势能的减少量小于动能的增加量(4)等于下落时的重力加速度a是按实际运动计算的，v也是按照实际的运动规律计算的，只
13、要纸带做匀加速直线运动，mahmv2总成立解析 (1)按照有效数字要估读一位的要求，OC段的读数应为15.70 cm.(2)重锤重力势能的减少量EpmghOB1.22 J，动能的增加量Ekmv1.20 J，从计算结果可以看出重力势能的减少量大于动能的增加量，因为有一部分机械能转化为内能了8(1)甲(2)0.951.91(3)乙解析 (1)物体只受重力作用或阻力可忽略不计时，物体的机械能守恒，乙方案中物体受到的阻力比较大，所以甲方案比较理想(2)vB m/s0.95 m/s，vD m/s1.91 m/s.(3)根据纸带求出物体的加速度a4.8 m/s2，该加速度远小于重力加速度，显然是由乙方案得
14、到的9(1)A(2)乙丙(3)乙重锤下落过程中受到阻力的作用 解析 (1)本实验要验证重锤下落过程中减少的重力势能与增加的动能相等，由实验原理可知不需用天平测出重锤的质量，选项B错误；打点计时器的打点周期取决于交流电源的频率，或者说必须使用交流电源，不能用干电池代替，选项C错误；实验中要求打下第一个点时重物的速度为零，因而应先闭合打点计时器的电源开关，在打点稳定之后再释放重锤，选项D错误；选取第一、二两点间的距离接近2 mm且点迹清晰的纸带进行测量，第一、二两点间的距离接近2 mm说明打第一点时重锤的瞬时速度为零，纸带处理方法有两种，一种是选取第一点和与第一点距离较远的另一点，可用mghmv2
15、验证机械能是否守恒，另一种是选择纸带点迹清晰的部分，测量任意两个计数点之间的距离h，求出两点对应位置重锤的动能之差Ek，用mghEk验证机械能是否守恒，选项E错误；本实验要验证的是重锤重力势能的减少量等于其动能的增加量，而重力势能的减少量与重力势能的参考平面的位置无关，故本实验不需先确定重力势能的参考平面，选项F错误(2)用vn 计算瞬时速度符合实验要求，因为如果确认重锤下落的加速度为重力加速度g，即确认重锤做自由落体运动，自由落体运动过程中机械能当然守恒，所以乙同学的方法更符合实验要求；重力加速度g的数值应该取当地的实际重力加速度，所以丙同学的做法是正确的(3)重锤在下落过程中受到摩擦阻力和空气阻力，极少部分重力势能转化为系统的内能，所以重力势能的减少量Ep略大于动能的增加量Ek，故实验过程中肯定存在错误的是乙同学本实验中产生误差的主要原因是重锤下落过程中受到阻力的作用
