第八章  機械能守恒定律8.5   實驗：驗證機械能守恒定律 1．某同學做驗證機械能守恒定律實驗時，不慎將一條挑選出的紙帶的一部分損壞，損壞的是前端部分．剩下的一段紙帶上各相鄰點間的距離已測出標在圖中，單位是cm.打點計時器工作頻率為50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2，(重物質(zhì)量為mkg)．(1)重物在2點時的速度v2＝________，在5點時的速度v5＝________，此過程中動能增加量ΔEk＝________，重力勢能減少量ΔEp＝________.由以上可得出實驗結(jié)論：________________________________________________________________________.(2)根據(jù)實驗判斷下列圖象正確的是(其中ΔEk表示重物動能的變化量，Δh表示重物下落的高度)（____）A．       B．     C．       D．2．某同學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0.05 s閃光一次，如圖所標數(shù)據(jù)為實際距離，該同學通過計算得到不同時刻的速度如下表．(當?shù)刂亓铀俣热?/span>9.8 m/s2，小球質(zhì)量m＝0.4 kg，結(jié)果保留3位有效數(shù)字)時刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98  (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)，重力勢能增量ΔEp＝______ J，動能減少量ΔEk＝________ J.(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，即可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_____．3．利用自由落體運動可測量重力加速度．有兩組同學分別利用下面甲，乙兩種實驗裝置進行了實驗，其中乙圖中的M為可恢復簧片，M與觸頭接觸，開始實驗時需要手動敲擊M斷開電路，使電磁鐵失去磁性釋放第一個小球，當前一個小球撞擊M時后一個小球被釋放．①下列說法正確的有__________A．兩種實驗都必須使用交流電源B．甲實驗利用的是公式△x=gT2；乙實驗利用的是公式h= gt2，所以都需要用秒表測量時間，用直尺測量距離C．甲實驗要先接通電源，后釋放紙帶；乙實驗應在手動敲擊M的同時按下秒表開始計時D．這兩個實驗裝置均可以用來驗證機械能守恒定律②圖是用甲實驗裝置進行實驗后選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點，A，B，C為從合適位置開始選取的三個連續(xù)點(其他點未畫出)．已知打點計時器每隔0.02 s打一次點，可以計算出重力加速度g=__________m/s2（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．③用乙實驗裝置做實驗，測得小球下落的高度H=1.200m，10個小球下落的總時間t=5.0s． 可求出重力加速度g=_______m/s2（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．4．用如圖實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒。m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證系統(tǒng)機械能守恒定律。下圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶：兩物體從靜止釋放，0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點（圖中未標出），計數(shù)點間的距離如圖所示。已知m1= 50g、m2=150g ，交流電的頻率為50Hz，g取9.8m/s2則：（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）（1）在紙帶上打下記數(shù)點5時的速度v=_________m/s；（2）在計數(shù)點0到計數(shù)點5過程中系統(tǒng)動能的增量△EK=_________J，系統(tǒng)勢能的減少量△EP=_________J；（3）實驗結(jié)論：______________。5．某同學用如圖甲所示的裝置通過研究重錘的落體運動來驗證機械能守恒定律，已知重力加速度為g。(1)在該實驗中所需要的物理量是________（填寫代號）A．重錘的質(zhì)量        B．重錘底部距水平地面的高度C．重錘下落的高度        D．與下落高度對應的重錘的瞬時速度(2)在實驗得到的紙帶中，我們選用如圖乙所示的起點0（與相鄰點之間距離約為2mm）的紙帶來驗證機械能守恒定律。圖中A、B、C、D、E、F、G為七個相鄰的原始點，F點是第n個點。設(shè)相鄰點間的時聞間隔為T，下列表達式可以用在本實驗中計算F點速度vF的是_____A．    B．    C．    D．(3)實驗中在操作、測量及計算無誤的前提下所求總要略小于gh，產(chǎn)生這一結(jié)果的系統(tǒng)誤差的原因有________________（寫出一個）。6．利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖所示．(1)實驗步驟：①將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導軌調(diào)至水平．②用游標卡尺測量擋光條的寬度l＝9.30 mm.③由導軌標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m0，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)勢能的減少量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．7．如圖所示，打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置驗證機械能守恒定律。對于該實驗，下列操作中對減小實驗誤差有利的是______。A.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正C.精確測量出重物的質(zhì)量D.用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撒手釋放重物某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50Hz的交流電源上，按正確操作得到了一條完整的紙帶，由于紙帶較長，圖中有部分未畫出，如圖所示。紙帶上各點是打點計時器打出的計時點，其中O點為紙帶上打出的第一個點。重物下落高度應從紙帶上計時點間的距離直接測出，利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有______。A.OA、AD和EG的長度          B、OC、BC和CD的長度C.BD、CF和EG的長度            D、AC、BD和EG的長度8．利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖所示，水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌；導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細繩與一質(zhì)量為m的小球相連；遮光片兩條長邊與導軌垂直；導軌上B點有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t，用d表示A點到光電門B處的距離，b表示遮光片的寬度，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度，實驗時滑塊在A點處由靜止開始運動?(1)滑塊通過B點的瞬時速度可表示為__________；(2)某次實驗測得傾角，重力加速度用g表示，滑塊從A處到達B處時，小球和帶遮光片的滑塊組成的系統(tǒng)動能增加量可表示為__________，系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為__________，在誤差允許的范圍內(nèi)，若則可認為系統(tǒng)的機械能守恒。9．利用圖甲裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。（1）為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的________。A．動能變化量與勢能變化量      B．速度變化量和勢能變化量C．速度變化量和高度變化量（2）除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________。A．交流電源   B．刻度尺   C．天平(含砝碼)（3）實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC。已知當?shù)刂亓铀俣葹?/span>g，打點計時器打點的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝____________，動能變化量ΔEk＝__________。（4）大多數(shù)學生的實驗結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是________。A．利用公式v＝gt計算重物速度    B．利用公式v＝計算重物速度C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響    D．沒有采用多次實驗取平均值的方法10．用如圖所示裝置可驗證機械能守恒定律，輕繩兩端系著質(zhì)量相等的物體A、B，物體B上放一金屬片C，鐵架臺上固定一金屬圓環(huán)，圓環(huán)處在物體B的正下方。系統(tǒng)靜止時，金屬片C與圓環(huán)間的高度為，將B由靜止釋放，系統(tǒng)開始運動。當物體穿過圓環(huán)時，金屬片C被擱置在圓環(huán)上，兩光電門固定在鐵架臺、處，通過數(shù)字計時器可測出物體B通過、這段距離的時間。(1)若測得、之間的距離為，物體B通過這段距離的時間為，則物體B剛穿過圓環(huán)后的速度____________；(2)若物體A、B的質(zhì)量均用表示，金屬片C的質(zhì)量用表示，該實驗中驗證了下面哪個等式成立，即可驗證機械能守恒定律，正確的選項為____________；A．                          B．C．                    D．(3)本實驗中的測量儀器除了刻度尺、光電門、數(shù)字計時器外，還需要____________；(4)改變物體B的初始位置，使物體B由不同的高度落下穿過圓環(huán)，記錄各次的高度，以及物體B通過、這段距離的時間，以為縱軸，以____________（填“”或“”）為橫軸，通過描點作出的圖線是一條過原點的直線，該直線的斜率____________。（用、、表示）11．在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，使質(zhì)量為m＝1.00kg的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列的點，選取一條符合實驗要求的紙帶如圖所示。O為第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取連續(xù)點中的三個點。已知打點計時器每隔0.02s打一個點，當?shù)氐闹亓铀俣葹?/span>g＝9.80m/s2，那么：(1)根據(jù)圖所得的數(shù)據(jù)，應取圖中O點到_____點來驗證機械能守恒定律；(2)從O點到(1)問中所取的點，重物重力勢能的減少量△Ep＝_____J，動能增加量△Ek＝_____J（結(jié)果取三位有效數(shù)字）；(3)若測出紙帶上所有各點到O點之間的距離，根據(jù)紙帶算出各點的速度v及物體下落的高度h，則以v2為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象是如圖中的_____。A． B. C. D. 12．某同學利用如圖甲所示的實驗裝置，通過研究紙帶上第一個點到某一個點之間的運動來驗證機械能守恒定律。通過實驗數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)本實驗存在較大的誤差，為此改用如圖乙所示的實驗裝置：通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中球心正好經(jīng)過光電門B時，通過與光電門B相連的毫秒計時器（圖中未畫出）記錄擋光時間t，用毫米刻度尺測出A、B之間的距離h，用游標卡尺測得小鐵球的直徑，重力加速度為g。請回答下列問題：(1)小鐵球經(jīng)過光電門時的瞬時速度v=______（用題中所給字母表示）。(2)如果d、t、h、g滿足關(guān)系式______，就可驗證機械能守恒定律。(3)比較兩個方案，改進后的方案相比原方案主要的兩個優(yōu)點是______。A．不需要測出小鐵球的質(zhì)量B．電磁鐵控制小鐵球，更易保證小鐵球的初速度為0C．消除了紙帶與打點計時器之間的摩擦力影響D．數(shù)據(jù)處理大大簡化 

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