实验：验证机械能守恒定律的例题解析.doc

1下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是()A重物质量的称量不准会造成较大误差B重物质量选用得大些，有利于减小误差C重物质量选用得较小些，有利于减小误差D纸带下落和打点不同步不会影响实验解析：验证机械能守恒，即验证减少的重力势能是否等于增加的动能即mghmv2，其中质量可以约去，没必要测量重物质量，A不正确。当重物质量大一些时，空气阻力可以忽略，B正确，C错误。纸带先下落而后打点，此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是重物在打第一个点时就有了初动能，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，D错误。答案：B2有4条用打点计时器(所用交流电频率为50 Hz)打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的。为找出该纸带，某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距离依次为s1、s2、s3。请你根据下列s1、s2、s3的测量结果确定该纸带为(已知当地的重力加速度为9.791 m/s2)()A61.0 mm65.8 mm70.7 mmB41.2 mm45.1 mm53. 0mmC49.6 mm53.5 mm57.3 mmD60.5 mm61.0 mm60.6 mm解析：验证机械能守恒定律采用重锤的自由落体运动实现，所以相邻的0.02 s内的位移增加量为sgT29.7910.022 mm3.9 mm，只有C符合要求。故选C。答案：C3.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，图实711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，动能减小量Ek_J。图实711(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 JEkmv22mv520.2(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4DIS实验是利用现代信息技术进行的实验。老师上课时“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图实712甲所示，在某次实验中，选择DIS以图像方式显示实验的结果，所显示的图像如图乙所示。图像的横轴表示小球距D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E。试回答下列问题：图实712(1)图乙的图像中，表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是_(按顺序填写相应图线所对应的文字)。(2)根据图乙所示的实验图像，可以得出的结论是_。解析：(1)小球由A到D过程中重力势能减小，动能增加，由题图乙的图像知机械能总量不变，故表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是乙、丙、甲。(2)由实验结果知：在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒。答案：(1)乙、丙、甲(2)在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒5某研究性学习小组在做“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g9.80 m/s2。测得所用重物的质量为1.00 kg。(1)下面叙述中正确的是_。A应该用天平称出重物的质量B可选用点迹清晰，第一、二两点间的距离接近2 mm的纸带来处理数据C操作时应先松开纸带再通电D打点计时器应接在电压为46 V的交流电源上(2)实验中甲、乙、丙三学生分别用同一装置得到三条点迹清晰的纸带，量出各纸带上第一、二两点间的距离分别为0.18 cm、0.19 cm、0.25 cm，则可肯定_同学在操作上有错误，错误是_。若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O间的距离分别为15.55 cm、19.20 cm和23.23 cm。则当打点计时器打点B时重物的瞬时速度v_ m/s；重物由O到B过程中，重力势能减少了_J，动能增加了_J(保留3位有效数字)，根据所测量的数据，还可以求出重物实际下落的加速度为_m/s2，则重物在下落的过程中所受到的阻力为_N。解析：(1)本实验中只需验证gh与的关系，不需要测重物质量，操作时应先接通电源再松开纸带，可选用点迹清晰，第一、二两点间的距离接近2 mm的纸带来处理数据，A、C错，B、D对。(2)实验中理想的纸带应是点迹清晰，第一、二两点间的距离略小于2 mm的纸带，所以丙错误，错误在于操作中先松开了纸带，再接通了电源，致使纸带上第一、二两点间间距增大。利用公式vn可计算出打点B时重物的瞬时速度为1.92 m/s。重物由O到B过程中，重力势能减少了Epmgh1.009.819.20102 J1.88 J；动能增加了Ekmv21.84 J，由haT2可求出重物实际下落的加速度为a9.5 m/s2，由牛顿第二定律知重物在下落的过程中所受到的阻力满足mgF阻ma，所以F阻0.3 N。答案：(1)BD(2)丙先松开了纸带，再接通了电源1.921.881.849.50.36某实验小组利用如图实713所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。图实713(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？_。(2)如图实714所示(经放大后的)，游标卡尺测得遮光条的宽度d_ cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t1.2102s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为_ m/s。在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、_和_(文字说明并用相应的字母表示，g为已知)。图实714(3)本实验通过比较_和_在实验误差允许的范围内是否相等(用测量的物理量符号表示)，从而验证系统的机械能守恒。解析：(1)检验气垫导轨底座是否水平时，可以先接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块在导轨上各个位置均能静止时，说明导轨是水平的。(2)游标卡尺的读数为d5 mm0.1 mm25.2 mm0.52 cm；滑块通过光电门时的瞬时速度为v0.43 m/s；应测出滑块上的遮光条的初位置到光电门的距离x和滑块的质量M。(3)系统重力势能的减少量为mgx，系统动能的增加量