實驗：驗證機械能守恒定律的例題解析

實驗：驗證機械能守恒定律的例題解析實驗：驗證機械能守恒定律的例題解析實驗：驗證機械能守恒定律的例題解析資料僅供參考文件編號：2022年4月實驗：驗證機械能守恒定律的例題解析版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：1．下列關(guān)于“驗證機械能守恒定律”實驗的實驗誤差的說法中，正確的是()A．重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會造成較大誤差B．重物質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C．重物質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差D．紙帶下落和打點不同步不會影響實驗解析：驗證機械能守恒，即驗證減少的重力勢能是否等于增加的動能即mgh＝eq\f(1,2)mv2，其中質(zhì)量可以約去，沒必要測量重物質(zhì)量，A不正確。當(dāng)重物質(zhì)量大一些時，空氣阻力可以忽略，B正確，C錯誤。紙帶先下落而后打點，此時，紙帶上最初兩點的點跡間隔較正常時略大，用此紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)果是重物在打第一個點時就有了初動能，因此重物動能的增加量比重物重力勢能的減少量大，D錯誤。答案：B2．有4條用打點計時器(所用交流電頻率為50Hz)打出的紙帶A、B、C、D，其中一條是做“驗證機械能守恒定律”實驗時打出的。為找出該紙帶，某同學(xué)在每條紙帶上取了點跡清晰的、連續(xù)的4個點，用刻度尺測出相鄰兩個點間距離依次為s1、s2、s3。請你根據(jù)下列s1、s2、s3的測量結(jié)果確定該紙帶為(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.791m/s2)()A．61.0mm65.8mm70.7B．41.2mm45.1mm53.0mmC．49.6mm53.5mm57.3mmD．60.5mm61.0mm60.6mm解析：驗證機械能守恒定律采用重錘的自由落體運動實現(xiàn)，所以相鄰的s內(nèi)的位移增加量為Δs＝gT2＝×mm≈mm，只有C符合要求。故選C。答案：C3.某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律。頻閃儀每隔s閃光一次，圖實－7－11中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實際距離，該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如下表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?0m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2kg，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)：時刻t2t3t4t5速度(m/s)(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5＝________m/s。(2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增加量ΔEp＝________J，動能減小量ΔEk＝________J。 圖實－7－11(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗證了機械能守恒定律。由上述計算得ΔEp________ΔEk(選填“>”“<”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要原因是________________。解析：(1)v5＝eq\f＋,×2)cm/s＝408cm/s＝m/s。(2)由題給條件知：h25＝＋＋cm＝72.5cm＝0.725m。ΔEp＝mgh25＝×10×J＝JΔEk＝eq\f(1,2)mv22－eq\f(1,2)mv52＝eq\f(1,2)××－J＝J(3)由(2)中知ΔEp<ΔEk，因為存在空氣摩擦等原因，導(dǎo)致重力勢能的增加量小于動能的減少量。答案：(1)(2)(3)<原因見解析4．DIS實驗是利用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行的實驗。老師上課時“用DIS研究機械能守恒定律”的裝置如圖實－7－12甲所示，在某次實驗中，選擇DIS以圖像方式顯示實驗的結(jié)果，所顯示的圖像如圖乙所示。圖像的橫軸表示小球距D點的高度h，縱軸表示擺球的重力勢能Ep、動能Ek或機械能E。試回答下列問題：圖實－7－12(1)圖乙的圖像中，表示小球的重力勢能Ep、動能Ek、機械能E隨小球距D點的高度h變化關(guān)系的圖線分別是________(按順序填寫相應(yīng)圖線所對應(yīng)的文字)。(2)根據(jù)圖乙所示的實驗圖像，可以得出的結(jié)論是___________________________________________________________________________________________________。解析：(1)小球由A到D過程中重力勢能減小，動能增加，由題圖乙的圖像知機械能總量不變，故表示小球的重力勢能Ep、動能Ek、機械能E隨小球距D點的高度h變化關(guān)系的圖線分別是乙、丙、甲。(2)由實驗結(jié)果知：在誤差允許的范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機械能守恒。答案：(1)乙、丙、甲(2)在誤差允許的范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機械能守恒5．某研究性學(xué)習(xí)小組在做“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2。測得所用重物的質(zhì)量為1.00kg(1)下面敘述中正確的是________。A．應(yīng)該用天平稱出重物的質(zhì)量B．可選用點跡清晰，第一、二兩點間的距離接近2mm的紙帶來處理數(shù)據(jù)C．操作時應(yīng)先松開紙帶再通電D．打點計時器應(yīng)接在電壓為4～6V的交流電源上(2)實驗中甲、乙、丙三學(xué)生分別用同一裝置得到三條點跡清晰的紙帶，量出各紙帶上第一、二兩點間的距離分別為0.18cm、0.19cm、0.25cm，則可肯定________同學(xué)在操作上有錯誤，錯誤是________。若按實驗要求正確地選出紙帶進(jìn)行測量，量得連續(xù)三點A、B、C到第一個點O間的距離分別為15.55cm、19.20cm和23.23cm。則當(dāng)打點計時器打點B時重物的瞬時速度v＝________m/s；重物由O到B過程中，重力勢能減少了________J，動能增加了________J(保留3位有效數(shù)字)，根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，還可以求出重物實際下落的加速度為________m/s2，則重物在下落的過程中所受到的阻力為________N。解析：(1)本實驗中只需驗證gh與eq\f(v2,2)的關(guān)系，不需要測重物質(zhì)量，操作時應(yīng)先接通電源再松開紙帶，可選用點跡清晰，第一、二兩點間的距離接近2mm的紙帶來處理數(shù)據(jù)，A、C錯，B、D對。(2)實驗中理想的紙帶應(yīng)是點跡清晰，第一、二兩點間的距離略小于2mm的紙帶，所以丙錯誤，錯誤在于操作中先松開了紙帶，再接通了電源，致使紙帶上第一、二兩點間間距增大。利用公式vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)可計算出打點B時重物的瞬時速度為1.92m/s。重物由O到B過程中，重力勢能減少了ΔEp＝mgh＝×××10－2J＝J；動能增加了ΔEk＝eq\f(1,2)mv2＝J，由Δh＝aT2可求出重物實際下落的加速度為a＝9.5m/s2，由牛頓第二定律知重物在下落的過程中所受到的阻力滿足mg－F阻＝ma，所以F阻＝N。答案：(1)BD(2)丙先松開了紙帶，再接通了電源6．某實驗小組利用如圖實－7－13所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒。圖實－7－13(1)實驗前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)如圖實－7－14所示(經(jīng)放大后的)，游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d＝________cm；實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt＝×10－2s，則滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為________m/s。在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、________和________(文字說明并用相應(yīng)的字母表示，g為已知)。圖實－7－14(3)本實驗通過比較________和________在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等(用測量的物理量符號表示)，從而驗證系統(tǒng)的機械能守恒。解析：(1)檢驗氣墊導(dǎo)軌底座是否水平時，可以先接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊在導(dǎo)軌上各個位置均能靜止時，說明導(dǎo)軌是水平的。(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為d＝5mm＋0.1mm×2＝5.2mm＝0.52cm；滑塊通過光電門時的瞬時速度為v＝eq\f(d,Δt)＝0.43m/s；應(yīng)測出滑塊上的遮光條的初位置到光電門的距離x和滑塊的質(zhì)量M。(3)系統(tǒng)重力勢能的減少量為mgx，系統(tǒng)動能的增加量為eq\f(1,2)(M＋