实验七　验证机械能守恒定律

实验七验证机械能守恒定律1.小王同学利用图甲所示装置完成“验证机械能守恒定律”实验.(1)除带夹子的重物、纸带、铁架台、电火花打点计时器,在下列器材中,还必须选择的器材是F(填器材前字母)

A.学生电源B.钩码C.天平(含砝码)D.秒表E.弹簧秤F.刻度尺(2)实验中,下列操作合理的是A

A.安装打点计时器时,保证计时器两限位孔在同一竖直线上B.为避免损坏仪器,静止释放时,用手托住重物C.只能选择前两点距离约为2mm的纸带处理数据D.处理纸带时,每5个点取一个计数点为宜(3)实验中,正确操作后得到如图乙所示的一条纸带,已知打点计时器频率为50Hz,A、B、C为3个连续的点,测得它们到O点的距离分别为hA=22.24cm、hB=26.56cm、hC=31.23cm,打下B点时重物的速度为2.25m/s(结果保留3位有效数字);重物的运动方向是从C到O(选填“从O到C”或“从C到O”)

[解析](1)实验中还必须选用的器材是刻度尺,故F正确.(2)安装打点计时器时,保证计时器两限位孔在同一竖直线上,以减小纸带与限位孔之间的摩擦,选项A正确;静止释放前,要用手捏住纸带的上端并保持竖直,不能用手托住重物,选项B错误;该实验中无需满足第1点与第2点间的距离约为2mm,选择其他的速度不为零的点做起点也可以,选项C错误;处理纸带时,也不一定每5个点取一个计数点,选项D错误.(3)打下B点时重物的速度为vB=hAC2T=(0.3123-0.2.利用如图所示的实验装置探究重物下落过程中重力势能与动能的转化问题.(1)图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…….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,可得打下B点时重物的速度大小为

h3-(2)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,根据以上数据在图中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ.已求得图线Ⅰ斜率的绝对值k1=2.94J/m,图线Ⅱ的斜率k2=2.80J/m.重物和纸带在下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为

k1-k2k1(用k1[解析](1)由v=vt2,则打下B点时重物的速度v(2)图线的斜率分别表示重力与合力,因k1>k2,F合=mg-F阻,故图线Ⅰ表示重力势能的变化,其斜率绝对值k1=mg;由动能定理得mgh-F阻h=12mv2,图线Ⅱ的斜率k2=mg-F阻,平均阻力与重物重力之比为k3.某同学用如图所示装置做验证机械能守恒定律的实验.(1)除了提供图中的器材,实验室还需要准备下列器材AC.

(2)实验的主要步骤如下:其中不妥当的操作步骤是E.(填写步骤序号)

A.将导轨调至水平B.测出遮光条的宽度dC.测出托盘和砝码总质量m和带长方形遮光条的滑块总质量MD.将滑块移至图示位置,测出遮光条到光电门的距离lE.释放滑块,然后开启气泵,读出遮光条通过光电门的挡光时间t(3)在实验操作正确的前提下,若系统符合机械能守恒定律,测得的物理量应满足的关系式为mgl=12(M+m)dt2.(用(2)中给出的字母表示,(4)该实验小组在研究中发现利用该装置可以测量带长方形遮光条滑块的质量M.实验小组多次改变光电门的位置,且每次都将滑块从同一点A由静止释放,测出相应的L与t值,完成实验后,某同学根据测量数据做出1t2-L图像,测得直线的斜率为k,则滑块质量M的表达式为M=2mgkd2-[解析](1)本实验需要测出托盘和砝码、带遮光条的滑块的质量,所以需要用到天平.遮光条的宽度比较窄,可以用游标卡尺测量.而光电门能记录时间,不需要秒表.且实验中不需要测量力,所以也用不到弹簧测力计.故选A、C.(2)将导轨调至水平,使整个系统只有托盘和砝码的总重力做功,故A正确;测出遮光条的宽度d,从而求出经过光电门的速度,故B正确;实验中需要测出托盘和砝码总质量m和带长方形遮光条的滑块总质量M,故C正确;将滑块移至图示位置,测出遮光条到光电门的距离l,从而可知托盘与砝码下降的的高度,故D正确;应先开启气泵,再释放滑块,读出遮光条通过光电门的挡光时间t,故E错误.(3)在实验操作正确的前提下,若系统符合机械能守恒定律,测得的物理量应满足的关系式为mgl=12(M+m)v2,其中v=dt,所以表达式为mgl=12(M+m(4)由题意可得mgL=12(M+m)dt2,整理得1t2=2mg(m+M)4.某同学利用图甲装置进行“验证机械能守恒定律”的实验.(1)下列关于本实验的说法中正确的有AB(填选项前的字母).

A.选用重物时,密度大的比密度小的好,可以减小空气阻力的影响B.实验时重物应从靠近打点计时器处由静止释放C.实验时应先松开纸带让重物下落,然后接通电源D.若纸带上开始打出的几个点模糊不清,则必须重新打一条纸带再进行验证(2)若该同学按照正确的操作要求,获得了一条点迹清晰、最初两点间距接近2mm的纸带,令打第一个点时重物所在位置为0高度,相邻计时点时间间隔为0.02s,测量部分数据并填入下列表格,已知重物质量m=0.3kg,g取9.8m/s2,请在空格内补上相应的数据.(结果保留两位小数)测量点0123距离x/m00.05620.07800.1040速度v/(m·s-1)01.20(3)该同学完成全部数据处理后,在图乙中画出了各能量与高度的关系图像,其中图线Ⅲ是B与高度h的关系图像(填选项前的字母).

A.动能EkB.重力势能EpC.机械能E(4)根据图线Ⅱ能得出的实验结论是在误差允许范围内,重物下落过程中机械能守恒.

[解析](1)实验中选择的重物应该为相对质量较大、体积较小的物体,这样能减小摩擦阻力的影响,故A正确;为了提高纸带的利用率且让打点计时器稳定工作,应让重物靠近打点计时器,先接通电源,后由静止释放纸带,故B正确,C错误;若纸带上开头打出的几点模糊不清,也可用后面清晰的点进行验证,故D错误.(2)打测量点2时重物的速度为v2=x132T=0.(3)选打第一个点时重物所在位置为0高度,重物向下运动时,高度为负值,根据重力势能表达式Ep=mgh知,重物的重力势能也为负值,且与下落高度成正比,故A、C错误,B正确.(4)选打第一个点时重物所在位置为0高度,此时重物的重力势能为零,动能也为零,则机械能为零,图线Ⅱ中的机械能时刻为零,机械能守恒,故结论为:在误差允许范围内,重物下落过程中机械能守恒.5.有一实验装置如图所示,水平台面上固定一个斜面,斜面底端有一小圆弧与水平台面平滑连接,且小圆弧末端与台面右端平齐,一个固定的水平木板紧靠平台右侧竖直面,用图钉将白纸和复写纸固定在木板上,水平台面距木板的高度为H.将一个小球从斜面上高h处由静止滑下,小球落在复写纸上后在白纸上印一个痕迹,落点距平台左侧竖直面的水平距离为L,逐渐增大小球开始释放时的初始高度,得到一系列不同的落点.本实验以小球在斜面上的运动为研究过程,重力加速度为g.(1)如果用此装置研究平抛运动,小球做平抛运动的初速度为Lg2H(用题中所给物理量表示(2)如果用此装置探究合力做功与动能增加量是否成正比,下列说法正确的是AC

A.该实验中斜面不需要光滑B.该实验要求具体计算出小球在斜面上合力大小C.该实验是通过改变小球释放高度来改变合力做功D.该实验中L与h成线性关系(3)如果用此装置验证小球从斜面上高h处由静止滑下到斜面底端这一过程中机械能守恒,斜面需要(选填“需要”或“不需要”)保证足够光滑,如果各物理量之间满足关系式L2=4Hh(用题中所给物理量表示)即可认为机械能守恒定律成立.

[解析](1)根据运动学规律可知小球做平抛运动的时间为t=2Hg,则小球做平抛运动的初速度为v0=Lt=(2)用此装置探究合力做功与动能增加量是否成正比,设小球在斜面上所受阻力大小为Ff,斜面倾角为θ,则小球滑至斜面底端时合力做的功为W=mgh-Ffhsinθ=mg-Ffsinθh∝h,小球在斜面底端的动能为Ek=12mv02=mgL24H∝L2,假设某两次实验得到数据h1、L1和h2、L2,根据