1、第9节实验:验证机械能守恒定律1.在“验证机械能守恒定律”实验中,下列说法正确的是(D)A.必须测量重物的质量B.必须用秒表测出重锤下落的时间C.把秒表测得的时间代入v=gt,计算重锤的速度D.释放纸带前,手捏住纸带上端并使纸带处于竖直解析:因实验需验证的关系式是mgh=mv2,m可约去,故可以不测重物的质量,A错误;打点计时器可以测量重锤下落的时间,不需要用秒表测量,故B错误;该实验是验证机械能守恒定律的实验,如果把重物看成自由落体运动,再运用自由落体的规律求解速度,那么就是用机械能守恒来验证机械能守恒定律,故C错误;释放纸带前,手捏住纸带上端并使纸带处于竖直,从而减小纸带与限位孔之间的摩擦
2、,故D正确。2.(多选)用自由落体法验证机械能守恒定律,就是看m是否等于mghn(n为计数点的编号0,1,2,n)。下列说法中正确的是(AB)A.打点计时器打第一个点0时,重物的速度为零B.hn是计数点n到起始点0的距离C.必须测量重物的质量D.用vn=gtn计算vn时,tn=(n-1)T(T为打点周期)解析:本实验的原理是利用重物的自由落体运动来验证机械能守恒定律。因此打点计时器打第一个点时,重物运动的速度应为零,A正确;hn与vn分别表示打第n个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度,B正确;本实验中,不需要测量重物的质量,因为公式mgh=mv2的两边都有m,故只要gh=v2成立,mgh=mv
3、2就成立,机械能守恒定律也就被验证了,C错误;实验中应用公式vn=来计算vn,D错误。3.(2016浙江4月选考)(1)在下列学生实验中,需要用到打点计时器的实验有(填字母)。A.探究求合力的方法B.探究加速度与力、质量的关系C.探究做功与物体速度变化的关系D.探究作用力与反作用力的关系(2)做“验证机械能守恒定律”的实验,已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器,还必须选取的器材是图中的(填字母)。某同学在实验过程中,a.在重锤的正下方地面铺海绵;b.调整打点计时器的两个限位孔连线为竖直;c.重复多次实验。以上操作可减小实验误差的是(填字母)。答案:(1)BC(2)BDbc4.在“验证机械能
4、守恒定律”实验中,释放纸带前,甲、乙两同学操作正确的是 (选填“甲”或“乙”);纸带下端所挂物体应选(选填“A”“B”“C”或“D”),理由是 。解析:甲同学这样做才能使重锤自由下落时,纸带上的点迹较多,故选择甲。产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器时存在摩擦阻力,使得重锤获得的动能小于它所减少的重力势能,为减小误差,重锤应选体积小、质量大的。从增加重力减小阻力的影响,故选择B物体。答案:甲 B增加重力减小阻力的影响5.小张做验证机械能守恒定律实验,在接通电源、释放纸带之前的情形如图所示,已知铁架台置于水平桌面上,打点计时器竖直,请指出图中不合理的地方(至少两处)。不合理: ;不合理:
5、。答案:重锤未紧靠打点计时器重锤与地面的距离太小手应该抓住纸带的上端并使纸带竖直(任选两处填入)6.图中甲、乙两图都是用来“验证机械能守恒定律”的装置示意图。(1)比较甲、乙两图,某同学认为乙图装置较好,其理由如下列所述,其中正确的是(填字母代号)。A.电火花计时器打点更准确B.减小了空气阻力对实验的影响C.可以节省纸带,让点迹更为密集D.保证物体从静止释放,避免因纸带抖动而增大摩擦(2)实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能,其主要原因是(填字母代号)。A.重物的质量过大B.重物的体积过小C.电源的电压偏低D.重物及纸带在下落时受到阻力(3)从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的
6、下落高度h,并计算各点速度的平方v2,以为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出h图线,则在误差允许的范围内该图线是,图线的斜率是。解析:(1)因为用夹子固定纸带,可以避免用手握纸带时因手的抖动带来的弊端。电磁打点计时器与电火花计时器的打点精度是相同的。(2)重物及纸带在下落时受到阻力,由于阻力做功,重力势能除了转化为动能,还有一部分转化为内能。(3)从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的平方v2,则需验证的关系式是mgh=mv2,故在误差允许的范围内,h图线是一条过原点且斜率为g的直线。答案:(1)D(2)D(3)过原点的一条倾斜直线重力加速度g7.在验证机械能
7、守恒定律的实验中,质量m=100 g的重锤自由下落,在纸带上打出了一系列的点,如图乙所示。相邻计数点时间间隔为0.02 s,长度单位是 cm,g取9.8 m/s2。(1)某同学开始实验时情形如图甲所示,接通电源释放纸带。请指出该同学在实验中存在的两处明显错误或不当的地方。 ; 。 (2)从起始点O到打下计数点B的过程中,物体重力势能的减少量Ep=J,动能的增加量Ek=J。(均保留两位有效数字) 解析:(1)由题图甲可知,打点计时器接了直流电源,应接交流电源。重物释放时离打点计时器太远,不利于数据的采集和测量。(2)根据平均速度等于中间时刻的瞬时速度,则有vB=1 m/s,物体重力势能的减少量E
8、p=mghOB0.051 J,物体动能的增加量Ek=m=0.050 J。答案:(1)打点计时器接了直流电源重物离打点计时器太远了(2)0.0510.0508.如图所示,打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验证机械能守恒定律。(1)对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是。A.重物选用质量和密度较大的金属锤B.两限位孔在同一竖直面内上下对正C.精确测量出重物的质量D.用手托稳重物,接通电源后,撤手释放重物(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上,按正确操作得到了一条完整的纸带,由于纸带较长,图中有部分未画出,如图所示。纸带上各点是打
9、点计时器打出的计时点,其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出,利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有。A.OA,AD和EG的长度B.OC,BC和CD的长度C.BD,CF和EG的长度D.AC,BD和EG的长度解析:(1)选用质量和密度较大的金属锤、限位孔对正都可以减小摩擦力对实验结果造成的误差,所以A,B正确;动能与重力势能表达式中都含有质量m,可以约去,故不需要测量出质量m的具体数值,C错误;重物下落之前应该用手拉住纸带上端而不是用手托稳重物,D错误。(2)测出BC和CD的长度就可以计算出打下C点时的速度vC,再测出OC的长度,就可验证mghOC=
10、m是否成立,所以B正确;测出BD,EG的长度可计算出打下C,F两点时的速度vC和vF,再测出CF的长度,就可验证mghCF=m-m是否成立,所以C正确。答案:(1)AB(2)BC9.某同学用如图甲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恒。(1)用Ep=mgh
11、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(10-2 J)4.8929.78614.6919.5929.38Ek(10-2 J)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?请说明理由。(4)请你提出一条
12、减小上述差异的改进建议。解析:(1)钢球下落的高度为初末位置球心间的竖直距离,所以选B。(2)由图知读数为1.50 cm,钢球的速度为v=,代入数据解得v=1.50 m/s。(3)若是空气阻力造成的,则Ek应小于Ep,根据表格数据知不是空气阻力造成的。(4)钢球经过A点时,光电门的位置低于球心的位置,故实验中测得的钢球速度大于钢球在A点的实际速度。遮光条与钢球运动的角速度相等,由v=r知,一定时,v与r成正比,故分别测出光电门和球心到悬点的距离L和l,即可计算出钢球经过A点时的速度v=v。答案:(1)B(2)1.50(1.491.51都算对)1.50(1.491.51都算对)(3)见解析(4)分别测出光电门和球心到悬点的距离L和l,计算Ek时,将v代入钢球的速度v=v。
