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實驗六 驗證機械能守恒定律,熱點一 實驗原理及數(shù)據(jù)處理 【例1】 (2016·浙江溫州十校聯(lián)合體聯(lián)考)某同學(xué)安裝如圖1甲所示的實驗裝置，驗證機械能守恒定律。如圖乙所示是該實驗得到的一條點跡清晰的紙帶，現(xiàn)要取A、B兩點來驗證實驗，已知電火花計時器每隔0.02 s打一個點。,圖1,請回答下列問題： (1)電火花計時器的工作電壓是 V。 (2)根據(jù)紙帶可以判斷，實驗時紙帶的 (填“左”或“右”)端和重物相連接。 (3)若x2＝4.80 cm，則在紙帶上打下計數(shù)點B時的速度vB＝ m/s(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 (4)若x1數(shù)據(jù)也已測出，則要驗證機械能守恒定律，實驗還需測出的物理量為 。 (5)經(jīng)過測量計算后，某同學(xué)畫出了如圖2所示的E－h(huán)圖線，h為重物距地面的高度，則圖2中表示動能隨高度變化的曲線為 (填“圖線A”或“圖線B”)。,圖2 解析 (2)從紙帶上可以發(fā)現(xiàn)從左到右，相鄰的計數(shù)點的距離越來越大，說明速度越來越大，與重物相連接的紙帶先打出點，速度較小，所以實驗時紙帶的左端通過夾子和重物相連接。,(4)若x1數(shù)據(jù)已測出，則可求出在紙帶上打下計數(shù)點A時的速度，進而可求出A、B兩點動能的變化量，要驗證機械能守恒定律，則還要求出重力勢能的變化量，所以還要測出A、B之間的距離hAB。 (5)因重物在下落過程中做勻加速直線運動，所以高度越來越小，速度越來越大，動能越來越大，故圖2中表示動能隨高度變化的曲線為圖線B。 答案 (1)220 (2)左 (3)1.20 (4)A、B之間的距離或hAB (5)圖線B,【變式訓(xùn)練】 1.在進行“驗證機械能守恒定律”的實驗中：,圖3 (1)兩實驗小組同學(xué)分別采用了如圖3甲和乙所示的裝置，采用兩種不同的實驗方案進行實驗。,①在圖甲中，下落物體應(yīng)選擇密度 (選填“大”或“小”)的重物；在圖乙中，兩個重物的質(zhì)量關(guān)系是m1 m2(選填“＞”、“＝”、“＜”)； ②采用圖乙的方案進行實驗，還需要的實驗器材有交流電源，刻度尺和 ； ③比較兩種實驗方案，你認為圖 (選填“甲”或“乙”)所示實驗方案更合理，理由是___________________________。 (2)有一同學(xué)采用了圖甲所示的方案，選出一條紙帶如圖4所示，其中O點為起始點，A、B、C為三個計數(shù)點，打點計時器通以50 Hz交流電，在計數(shù)點A和B之間、B和C之間還各有一個點，重物的質(zhì)量為0.5 kg，g取9.8 m/s2。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，打B點時重物的重力勢能比開始下落時減少了 J，這時它的動能是 J，根據(jù)上面這兩個數(shù)據(jù)你能得到的結(jié)論是： 。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字),圖4 解析 (1)①在甲圖中為了減小空氣阻力的影響，選擇體積小、密度大的重物；在圖乙中，m2在m1的拉力作用下向上運動，所以m1＞m2。②兩重物質(zhì)量不等，分析系統(tǒng)損失的重力勢能是否近似等于增加的動能時，兩邊質(zhì)量不能約去，故需要天平測量兩重物的質(zhì)量。③題圖乙中所示實驗還受到細線與滑輪的阻力的影響，機械能損失較大，故題圖甲所示實驗方案較為合理。,答案 (1)①大 ＞ ②天平 ③甲 圖乙中還受到細線與滑輪的阻力的影響 (2)0.867 0.852 在誤差允許的范圍內(nèi)，重物下落時機械能守恒,熱點二 實驗的改進與創(chuàng)新 1.實驗器材、裝置的改進,3.實驗方案的改進 利用自由落體運動的閃光照片驗證機械能守恒定律。,【例2】 利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖5所示：,圖5 (1)實驗步驟。 ①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平。 ②用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度l＝9.30 mm。,③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離x＝ cm。 ④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2。 ⑤從數(shù)字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間Δt1和Δt2。 ⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m。 (2)用表示直接測量量的字母寫出下列所求物理量的表達式 ①滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1＝ 和v2＝ 。,②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1＝ 和Ek2＝ 。 ③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少ΔEp＝ (重力加速度為g)。 (3)如果ΔEp＝ ，則可認為驗證了機械能守恒定律。 解析 由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離 x＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm。,【變式訓(xùn)練】 2.(2016·河北邯鄲模擬)圖6為驗證小球做自由落體運 動時機械能守恒的裝置圖。圖中O點為釋放小球的 初始位置，A、B、C、D各點為固定速度傳感器 的位置，A、B、C、D、O各點在同一豎直線上。 (1)已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，則要完成實驗，還 需要測量的物理量是 ；,圖6,A.小球的質(zhì)量m B.小球下落到每一個速度傳感器時的速度 C.各速度傳感器與O點之間的豎直距離h D.小球自初始位置至下落到每一個速度傳感器時所用的時間t (2)作出v2－h(huán)圖象，由圖象算出其斜率k，當(dāng)k＝ 時，可以認為小球在下落過程中系統(tǒng)機械能守恒； (3)寫出對減小本實驗誤差有益的一條建議：________________ _______________________________________________________。,答案 (1)BC (2)2g (3)相鄰速度傳感器之間的距離適當(dāng)大些(或選質(zhì)量大、體積小的小球做實驗或多測幾次求平均值),1.(2015·浙江理綜，21)甲同學(xué)準(zhǔn)備做“驗證機械能守恒定律”實驗，乙同學(xué)準(zhǔn)備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗。,圖7,(1)圖7中A、B、C、D、E表示部分實驗器材，甲同學(xué)需在圖中選用的器材 ；乙同學(xué)需在圖中選用的器材 。(用字母表示),圖8 (2)某同學(xué)在實驗室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖8所示的兩條紙帶①和②。紙帶 的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小為 。,答案 (1)AB BDE (2)① (2.5±0.2) m/s2,2.“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置可以采用如圖9所示的甲或乙方案來進行。,圖9,(1)比較這兩種方案， (填“甲”或“乙”)方案好些。 (2)該同學(xué)開始實驗時情形如圖丙所示，接通電源釋放紙帶。請指出該同學(xué)在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當(dāng)?shù)牡胤剑?①____________________________________________________； ②____________________________________________________。 (3)該實驗中得到一條紙帶，且測得每兩個計數(shù)點間的距離如圖丁所示.已知相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔T＝0.1 s.則物體運動的加速度a＝ ；該紙帶是采用 (填“甲”或“乙”)實驗方案得到的。,解析 (3)由Δx＝aT2，利用逐差法得到物體運動的加速度a＝4.8 m/s2。若用自由落體實驗測得物體運動的加速度a應(yīng)該接近10 m/s2，所以該紙帶是采用乙實驗方案得到的。 答案 (1)甲 (2)①打點計時器接了直流電源 ②重物離打點計時器太遠 (3)4.8 m/s2 乙,3.(2016·江西六校模擬)用如圖10所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。實驗所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓有交流電和直流電兩種。重錘從高處由靜止開始下落，打點計時器在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對圖中紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律。,圖10,(1)下列幾個操作步驟中： A.按照圖示，安裝好實驗裝置； B.將打點計時器接到電源的“交流輸出”上； C.用天平測出重錘的質(zhì)量； D.先釋放重錘，后接通電源，紙帶隨著重錘運動，打點計時器在紙帶上打下一系列的點； E.測量紙帶上某些點間的距離； F.根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能。 沒有必要的是 ，操作錯誤的是 。(填步驟前相應(yīng)的字母),(2)使用質(zhì)量為m的重錘和打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，在選定的紙帶上依次取計數(shù)點如圖11所示，紙帶上所打的點記錄了重錘在不同時刻的位置，那么紙帶的 (填“左”或“右”)端與重錘相連。設(shè)打點計時器的打點周期為T，且0為打下的第一個點。當(dāng)打點計時器打點“3”時，重錘的動能表達式為 ，若以重錘的運動起點0為參考點，當(dāng)打點“3”時重錘的機械能表達式為 。,圖11,