第5章_5實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系_驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

1、5 5 實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1.探究功與速度變化的關(guān)系 探究功與速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)的探究思路有何巧妙之處？ 實(shí)驗(yàn)中用橡皮筋的彈力拉動(dòng)小車做功使小車獲得動(dòng)能，探究橡皮筋做的功與小車速度變化的關(guān)系.橡皮筋的彈力是變力，所做的功是變力功，沒有現(xiàn)成的公式可以計(jì)算功的大小.然而，改變橡皮筋的條數(shù)，保持小車相同的運(yùn)動(dòng)距離，則彈力功的大小與橡皮筋的條數(shù)成正比.也就是說，在相同的位移情況下，用一條橡皮筋做的功為W，用兩條同樣的橡皮筋做的功就是2W，用三條同樣的橡皮筋做的功就是3W這樣，實(shí)驗(yàn)中巧妙地避開了功的計(jì)算. 在“探究功與物體速度

2、變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，甲、乙兩位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作均正確.甲同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了功和速度的關(guān)系圖線，即W-v圖，如圖5-5-3甲所示，并由此圖線得出“功與速度的平方一定成正比”的結(jié)論.乙同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了功與速度平方的關(guān)系圖線，即W-v2圖，如圖乙，并由此也得出“功與速度的平方一定成正比”的結(jié)論.關(guān)于甲、乙兩位同學(xué)的分析，你的評(píng)價(jià)是( )圖圖5-5-3A.甲的分析不正確，乙的分析正確甲的分析不正確，乙的分析正確B.甲的分析正確，乙的分析不正確甲的分析正確，乙的分析不正確C.甲和乙的分析都正確甲和乙的分析都正確D.甲和乙的分析都不正確甲和乙的分析都不正確答案：答案：A2.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 在“

3、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，所用電源的頻率為50Hz，某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測(cè)量時(shí)各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖5-5-4所示(圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D、E分別是每打兩個(gè)點(diǎn)取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，單位：mm).根據(jù)紙帶計(jì)算：圖圖5-5-4(1)若重物質(zhì)量為mkg，則重物從開始下落到打B點(diǎn)時(shí)，減少的重力勢(shì)能；(2)重物下落到B點(diǎn)時(shí)增加的動(dòng)能；(3)從(1)(2)數(shù)據(jù)可得出什么結(jié)論？產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？ 重物下落到打B點(diǎn)時(shí)減少的重力勢(shì)能為：Ep=mgh=mgOB=9.80.195m=1.911m(J)到B點(diǎn)時(shí)的速率物體從開始到下落到B點(diǎn)時(shí)增加的動(dòng)能為：0.280

4、50.1250m/s=1.944m/s22 0.04BOCOAvT22k11(1.944)1.890 (J)22BEmvmm(1)減少的重力勢(shì)能Ep=1.911mJ(2)增加的動(dòng)能為Ek=1.890mJ(3)從(1)(2)可知，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)重力勢(shì)能的減少量等于其動(dòng)能的增加量，機(jī)械能守恒.重物減少的重力勢(shì)能略大于其增加的動(dòng)能，原因是：重物下落過程中受空氣阻力，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶間有阻力等，損失了一部分機(jī)械能. 某學(xué)生用“驗(yàn)證碰撞中動(dòng)量守恒”的器材來驗(yàn)證鋼球從斜槽滑下機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)步驟如下： (1)如圖5-5-5把斜槽固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)邊沿，調(diào)整斜槽出口使出口切線水平. (2)出口處拴重垂線，使

5、出口投影落于水平地面O點(diǎn)，地面鋪復(fù)寫紙、白紙.圖圖5-5-5 (3)從斜槽某一高處同一點(diǎn)A由靜止開始放球多次，找出平均落地點(diǎn)P，則：如果斜槽厚度不計(jì)，應(yīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)有 . ， 根據(jù)選取數(shù)據(jù)字母寫出機(jī)械能守恒的表達(dá)式 . 本題要驗(yàn)證鋼球從斜槽滑下機(jī)械能守恒，根據(jù)題中給出的實(shí)驗(yàn)步驟來看，必須驗(yàn)證鋼球下落過程中表達(dá)式mgh=mv2/2成立，即要計(jì)算勢(shì)能的減少量mgh和動(dòng)能的增加量mv2/2，并進(jìn)行比較.所以需測(cè)量的數(shù)據(jù)有：A點(diǎn)至桌面的高度h1；出口至地面O點(diǎn)的高度h2；球的落地點(diǎn)P至O點(diǎn)距離x.據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可知球平拋運(yùn)動(dòng)的水平速度若鋼球從斜槽下滑時(shí)機(jī)械能守恒則有：解得x2=4h1h2.上式即為所求

6、的機(jī)械能守恒表達(dá)式.22/22xgvx txhhg2112mghmv 某同學(xué)在用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，進(jìn)行了以下步驟：A.把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在低壓交流電源上B.將連有重物的紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，提穩(wěn)紙帶C.釋放紙帶，然后接通電源開關(guān)，打出一條紙帶D.更換紙帶，重復(fù)B、C步驟，選出點(diǎn)跡清晰符合要求的紙帶E.用公式 求出速度，驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒在以上的操作中，你認(rèn)為存在錯(cuò)誤的步驟是 .(只填步驟前序號(hào))2vghCE3.實(shí)驗(yàn)方法的變化 小明利用透明直尺和光電計(jì)時(shí)器來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如圖5-5-6所示，當(dāng)有不透光物體從光電門間通過時(shí)，光

7、電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間.所用的光電門傳感器可測(cè)的最短時(shí)間為0.01s.將擋光效果好、寬度為d=3.810-3m的黑色磁帶若干段貼在透明直尺上，讓直尺從一定高度由靜止釋放，并使其豎直通過光電門.某同學(xué)測(cè)得各段黑色磁帶通過光電門的時(shí)間ti與高度差hi,并將部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了處理，結(jié)果如下表所示.(取g=9.8m/s2，表格中M為直尺質(zhì)量)圖圖5-5-6實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)次次序序ti(10-3s)(ms-1)hi(m) Mghi11.213.1321.153.310.58M0.060.58M31.003.802.24M0.232.25M40.954.003.10M0.323.14M50.900.41ii

8、dvt2k12iEMv2112iMv4.224.00M4.01M(1)請(qǐng)將表格中數(shù)據(jù)填寫完整.(2)從該實(shí)驗(yàn)可得Ek-h的圖象是 .C 用如圖5-5-7甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種.重錘從高處由靜止開始落下，重錘上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)的痕跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.圖圖5-5-7甲甲(1)下面列舉出了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A.按照?qǐng)D示的裝置安裝器件；B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上；C.用天平測(cè)量出重錘的質(zhì)量；D.釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開關(guān)打出一條紙帶；E.測(cè)量打出的紙帶

9、上某些點(diǎn)之間的距離；F.根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能.指出其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E,并簡(jiǎn)述理由.步驟B是錯(cuò)誤的，應(yīng)該接到電源的交流輸出端；步驟C不必要，因?yàn)楦鶕?jù)測(cè)量原理，重錘的動(dòng)能和勢(shì)能中都包含了質(zhì)量m，可以約去；步驟D是錯(cuò)誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶. (2)利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度a的數(shù)值. 如圖5-5-7乙所示，選取紙帶上打出的連續(xù)五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A點(diǎn)距起點(diǎn)O的距離為s0,點(diǎn)A、C間距離為s1，點(diǎn)C、E間的距離為s2，使用的交流電的頻率為f，利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度，則加速度的表達(dá)