实验六 验证机械能守恒定律(课后作业)

(对应学生用书第91页)1．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()用天平称出重物的质量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接通电源，待打点稳定后释放纸带用秒表测出重物下落的时间2.图5－6－6(2010・安徽高考)利用图5—6—6所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度p和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，其中正确的方案是()用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v=gt计算出瞬时速度p用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过o=-..^2gh计算出瞬时速度v根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两p2点间的平均速度，测算出瞬时速度v,并通过h=2g计算得出高度hD•用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v3．(2013届珠海模拟)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m=1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图5—6—7所示.O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02s打一个点，当地的重力加速度为g=9.80m/s2，那么:*0M•B#•**15►■畑亦■23_23crri►图5－6－7根据图上所得的数据，应取图中O点到点来验证机械能守恒定律；从O点到⑴问中所取的点，重物重力势能的减少量AEp=J，动能增加量AEk=J(结果取三位有效数字)；若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h，则以刁为纵轴，以h为横轴画出的图象是图中的3.【解析】(1)因只能计算出B点的速度，故应取图中O点到B点来验证机械能守恒．(2)AEp二mg・hOB=1.00X9.80X0.1920J=1.88J一-hOC"hOA_1nc,vb-2T-1・92m/s11故AEk二2mvB二2X1.00X(1.92)2J=1.84J.1v2⑶由机械能守恒定律可知，mgh=》mv2，故有刁二gh，图象A正确.【答案】(1)B(2)1.881.84(3)A4．在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图5—6—8所示.其中O是起始点，A、B、C是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5－6－8这三个数据中不符合读数要求的是，应记作cm.该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2,他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重锤重力势能的减少量为，而动能的增加量为，(均保留3位有效数字，重锤质量用m表示.)这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量动能的增加量，原因是.5.图5—6—9(2013届西安铁路一中检测)如图5—6—9所示装置可用来验证机械能守恒定律，摆锤A拴在长为L的轻绳一端,另一端固定在O点，在A上放一个小铁片.现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向0角，由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P阻挡而停止运动，这时铁片将做平抛运动而飞离摆锤，用刻度尺量出铁片的水平位移为x,下落高度为H.(1)要验证摆锤在运动过程中机械能守恒，必须求出摆锤初始位置离最低点的高度，其高度应为，同时还应求出摆锤在最低点时的速度，其速度应为.(2)用实验中测量的物理量写出证明摆锤在运动过程中机械能守恒的关系式为．6.（2011.海南高考）现要通过实验验证机械能守恒定律.实验装置如图5—6—10所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t.用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度.用g表示重力加速度.完成下列填空和作图：图5－6－10（1）若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为，动能的增加量可表示为•若在运动过程中机械能守恒，g与s的关系式为2=.（2）多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A点）下滑，测量相应的s与t值•结果如下表所示：12345s(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms)8.227.176.445.855.431/t2(104s—2)1.481.952.412.923.39以s为横坐标，t2为纵坐标，在如图5—6—11位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点;根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k=X104m-is-2.（保留3位有效数字）图5－6－11由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出右一s直线的斜率k0,将k和k0进行比较，若其差值在实验允许的误差范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律．答案与解析1【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*mo2之间的大小关系，若机械能守恒，则有mgh二2尬02成立，两边都有质量，可约去，即验证gh=2v2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.【解析】利用g求v和h,相当于利用机械能守恒验证机械能守恒，故A、B、C选项不正确．

【答案】D4【解析】本实验测量长度用的是毫米刻度尺，故三个数据中15.7是不合理的，应记做15.70，最后一位是估读；O点到B点的距离h=12.54cm，故减少的势能AEp=mgh=1.23m；计算O点到B点的动能增加量，应先计算出B点的瞬时速度vB，由图可知：x0.1570－0.09511vB二-2C二2X002m/s二1.5475m/s，故AEk二2加。纟二1.20m由以上数据可知AE>AEk，其原因在于纸带与限位孔之间有摩擦或空气阻pk力对实验也带来影响．【答案】(1)15.715.70(2)1.23m1.20m大于有阻力做负功5.【解析】(1)摆锤下落的高度h=L(1-cos3)；因摆锤与铁片一起运动到最低点，所以摆锤在最低点时的速度等于铁片的平抛初速度v，由H=igt2,x=(2)设摆锤的质量为m，由^mv2=mgh得：cos3cos3)整理得：4H二gL(1-cos3).【答案】(1)L(1—cos3)x(2)4H=gL(1—cos3)6【解析】(1)当滑块运动到B点时下降高度为h'，此时砝码上升的高度hs为s，由几何关系可知h'二芳，故系统减少的重力势能为Ep二Mgh'-mgs二(Mh-md)gs

b由于系统从静止开始运动运动至B点时的速度vB=~t故动能的增加量AEk1(M+m)b2=2(M+m)vB=2t^由AE二A