實(shí)驗(yàn)七　驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1.小王同學(xué)利用圖甲所示裝置完成“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn).(1)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,在下列器材中,還必須選擇的器材是F(填器材前字母)

A.學(xué)生電源B.鉤碼C.天平(含砝碼)D.秒表E.彈簧秤F.刻度尺(2)實(shí)驗(yàn)中,下列操作合理的是A

A.安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),保證計(jì)時(shí)器兩限位孔在同一豎直線上B.為避免損壞儀器,靜止釋放時(shí),用手托住重物C.只能選擇前兩點(diǎn)距離約為2mm的紙帶處理數(shù)據(jù)D.處理紙帶時(shí),每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜(3)實(shí)驗(yàn)中,正確操作后得到如圖乙所示的一條紙帶,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率為50Hz,A、B、C為3個(gè)連續(xù)的點(diǎn),測得它們到O點(diǎn)的距離分別為hA=22.24cm、hB=26.56cm、hC=31.23cm,打下B點(diǎn)時(shí)重物的速度為2.25m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字);重物的運(yùn)動方向是從C到O(選填“從O到C”或“從C到O”)

[解析](1)實(shí)驗(yàn)中還必須選用的器材是刻度尺,故F正確.(2)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),保證計(jì)時(shí)器兩限位孔在同一豎直線上,以減小紙帶與限位孔之間的摩擦,選項(xiàng)A正確;靜止釋放前,要用手捏住紙帶的上端并保持豎直,不能用手托住重物,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;該實(shí)驗(yàn)中無需滿足第1點(diǎn)與第2點(diǎn)間的距離約為2mm,選擇其他的速度不為零的點(diǎn)做起點(diǎn)也可以,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;處理紙帶時(shí),也不一定每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),選項(xiàng)D錯(cuò)誤.(3)打下B點(diǎn)時(shí)重物的速度為vB=hAC2T=(0.3123-0.2.利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究重物下落過程中重力勢能與動能的轉(zhuǎn)化問題.(1)圖為一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶,O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一點(diǎn).分別測出若干連續(xù)點(diǎn)A、B、C……與O點(diǎn)之間的距離h1、h2、h3…….已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T,重物質(zhì)量為m,重力加速度為g,可得打下B點(diǎn)時(shí)重物的速度大小為

h3-(2)取打下O點(diǎn)時(shí)重物的重力勢能為零,計(jì)算出該重物下落不同高度h時(shí)所對應(yīng)的動能Ek和重力勢能Ep.建立坐標(biāo)系,橫軸表示h,縱軸表示Ek和Ep,根據(jù)以上數(shù)據(jù)在圖中繪出圖線Ⅰ和圖線Ⅱ.已求得圖線Ⅰ斜率的絕對值k1=2.94J/m,圖線Ⅱ的斜率k2=2.80J/m.重物和紙帶在下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為

k1-k2k1(用k1[解析](1)由v=vt2,則打下B點(diǎn)時(shí)重物的速度v(2)圖線的斜率分別表示重力與合力,因k1>k2,F合=mg-F阻,故圖線Ⅰ表示重力勢能的變化,其斜率絕對值k1=mg;由動能定理得mgh-F阻h=12mv2,圖線Ⅱ的斜率k2=mg-F阻,平均阻力與重物重力之比為k3.某同學(xué)用如圖所示裝置做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn).(1)除了提供圖中的器材,實(shí)驗(yàn)室還需要準(zhǔn)備下列器材AC.

(2)實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下:其中不妥當(dāng)?shù)牟僮鞑襟E是E.(填寫步驟序號)

A.將導(dǎo)軌調(diào)至水平B.測出遮光條的寬度dC.測出托盤和砝碼總質(zhì)量m和帶長方形遮光條的滑塊總質(zhì)量MD.將滑塊移至圖示位置,測出遮光條到光電門的距離lE.釋放滑塊,然后開啟氣泵,讀出遮光條通過光電門的擋光時(shí)間t(3)在實(shí)驗(yàn)操作正確的前提下,若系統(tǒng)符合機(jī)械能守恒定律,測得的物理量應(yīng)滿足的關(guān)系式為mgl=12(M+m)dt2.(用(2)中給出的字母表示,(4)該實(shí)驗(yàn)小組在研究中發(fā)現(xiàn)利用該裝置可以測量帶長方形遮光條滑塊的質(zhì)量M.實(shí)驗(yàn)小組多次改變光電門的位置,且每次都將滑塊從同一點(diǎn)A由靜止釋放,測出相應(yīng)的L與t值,完成實(shí)驗(yàn)后,某同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)做出1t2-L圖像,測得直線的斜率為k,則滑塊質(zhì)量M的表達(dá)式為M=2mgkd2-[解析](1)本實(shí)驗(yàn)需要測出托盤和砝碼、帶遮光條的滑塊的質(zhì)量,所以需要用到天平.遮光條的寬度比較窄,可以用游標(biāo)卡尺測量.而光電門能記錄時(shí)間,不需要秒表.且實(shí)驗(yàn)中不需要測量力,所以也用不到彈簧測力計(jì).故選A、C.(2)將導(dǎo)軌調(diào)至水平,使整個(gè)系統(tǒng)只有托盤和砝碼的總重力做功,故A正確;測出遮光條的寬度d,從而求出經(jīng)過光電門的速度,故B正確;實(shí)驗(yàn)中需要測出托盤和砝碼總質(zhì)量m和帶長方形遮光條的滑塊總質(zhì)量M,故C正確;將滑塊移至圖示位置,測出遮光條到光電門的距離l,從而可知托盤與砝碼下降的的高度,故D正確;應(yīng)先開啟氣泵,再釋放滑塊,讀出遮光條通過光電門的擋光時(shí)間t,故E錯(cuò)誤.(3)在實(shí)驗(yàn)操作正確的前提下,若系統(tǒng)符合機(jī)械能守恒定律,測得的物理量應(yīng)滿足的關(guān)系式為mgl=12(M+m)v2,其中v=dt,所以表達(dá)式為mgl=12(M+m(4)由題意可得mgL=12(M+m)dt2,整理得1t2=2mg(m+M)4.某同學(xué)利用圖甲裝置進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn).(1)下列關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的說法中正確的有AB(填選項(xiàng)前的字母).

A.選用重物時(shí),密度大的比密度小的好,可以減小空氣阻力的影響B(tài).實(shí)驗(yàn)時(shí)重物應(yīng)從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處由靜止釋放C.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先松開紙帶讓重物下落,然后接通電源D.若紙帶上開始打出的幾個(gè)點(diǎn)模糊不清,則必須重新打一條紙帶再進(jìn)行驗(yàn)證(2)若該同學(xué)按照正確的操作要求,獲得了一條點(diǎn)跡清晰、最初兩點(diǎn)間距接近2mm的紙帶,令打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)重物所在位置為0高度,相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s,測量部分?jǐn)?shù)據(jù)并填入下列表格,已知重物質(zhì)量m=0.3kg,g取9.8m/s2,請?jiān)诳崭駜?nèi)補(bǔ)上相應(yīng)的數(shù)據(jù).(結(jié)果保留兩位小數(shù))測量點(diǎn)0123距離x/m00.05620.07800.1040速度v/(m·s-1)01.20(3)該同學(xué)完成全部數(shù)據(jù)處理后,在圖乙中畫出了各能量與高度的關(guān)系圖像,其中圖線Ⅲ是B與高度h的關(guān)系圖像(填選項(xiàng)前的字母).

A.動能EkB.重力勢能EpC.機(jī)械能E(4)根據(jù)圖線Ⅱ能得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是在誤差允許范圍內(nèi),重物下落過程中機(jī)械能守恒.

[解析](1)實(shí)驗(yàn)中選擇的重物應(yīng)該為相對質(zhì)量較大、體積較小的物體,這樣能減小摩擦阻力的影響,故A正確;為了提高紙帶的利用率且讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定工作,應(yīng)讓重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通電源,后由靜止釋放紙帶,故B正確,C錯(cuò)誤;若紙帶上開頭打出的幾點(diǎn)模糊不清,也可用后面清晰的點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證,故D錯(cuò)誤.(2)打測量點(diǎn)2時(shí)重物的速度為v2=x132T=0.(3)選打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)重物所在位置為0高度,重物向下運(yùn)動時(shí),高度為負(fù)值,根據(jù)重力勢能表達(dá)式Ep=mgh知,重物的重力勢能也為負(fù)值,且與下落高度成正比,故A、C錯(cuò)誤,B正確.(4)選打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)重物所在位置為0高度,此時(shí)重物的重力勢能為零,動能也為零,則機(jī)械能為零,圖線Ⅱ中的機(jī)械能時(shí)刻為零,機(jī)械能守恒,故結(jié)論為:在誤差允許范圍內(nèi),重物下落過程中機(jī)械能守恒.5.有一實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,水平臺面上固定一個(gè)斜面,斜面底端有一小圓弧與水平臺面平滑連接,且小圓弧末端與臺面右端平齊,一個(gè)固定的水平木板緊靠平臺右側(cè)豎直面,用圖釘將白紙和復(fù)寫紙固定在木板上,水平臺面距木板的高度為H.將一個(gè)小球從斜面上高h(yuǎn)處由靜止滑下,小球落在復(fù)寫紙上后在白紙上印一個(gè)痕跡,落點(diǎn)距平臺左側(cè)豎直面的水平距離為L,逐漸增大小球開始釋放時(shí)的初始高度,得到一系列不同的落點(diǎn).本實(shí)驗(yàn)以小球在斜面上的運(yùn)動為研究過程,重力加速度為g.(1)如果用此裝置研究平拋運(yùn)動,小球做平拋運(yùn)動的初速度為Lg2H(用題中所給物理量表示(2)如果用此裝置探究合力做功與動能增加量是否成正比,下列說法正確的是AC

A.該實(shí)驗(yàn)中斜面不需要光滑B.該實(shí)驗(yàn)要求具體計(jì)算出小球在斜面上合力大小C.該實(shí)驗(yàn)是通過改變小球釋放高度來改變合力做功D.該實(shí)驗(yàn)中L與h成線性關(guān)系(3)如果用此裝置驗(yàn)證小球從斜面上高h(yuǎn)處由靜止滑下到斜面底端這一過程中機(jī)械能守恒,斜面需要(選填“需要”或“不需要”)保證足夠光滑,如果各物理量之間滿足關(guān)系式L2=4Hh(用題中所給物理量表示)即可認(rèn)為機(jī)械能守恒定律成立.

[解析](1)根據(jù)運(yùn)動學(xué)規(guī)律可知小球做平拋運(yùn)動的時(shí)間為t=2Hg,則小球做平拋運(yùn)動的初速度為v0=Lt=(2)用此裝置探究合力做功與動能增加量是否成正比,設(shè)小球在斜面上所受阻力大小為Ff,斜面傾角為θ,則小球滑至斜面底端時(shí)合力做的功為W=mgh-Ffhsinθ=mg-Ffsinθh∝h,小球在斜面底端的動能為Ek=12mv02=mgL24H∝L2,假設(shè)某兩次實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)h1、L1和h2、L2,根據(jù)