- 验证机械能守恒定律
- 共364题
某探究学习小组的同学欲以下图装置中的滑块为研究对象验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙。当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态。若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：
（1）你认为还需要的实验器材有____________________。
（2）实验时为了保证滑块（质量为M）受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量m应满足的实验条件是____________________，实验时首先要做的步骤是___________________。
（3）在（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M。往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m。让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1＜v2）。则对滑块，本实验最终要验证的数学表达式为____________________（用题中的字母表示）。
（4）要探究滑块与沙及沙桶组成的系统机械能是否守恒，如果实验时所用滑块质量为M，沙及沙桶总质量为m，让沙桶带动滑块在水平气垫导轨上加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1＜v2）。则最终需验证的数学表达式为____________________（用题中的字母表示）。
正确答案
（1）天平、刻度尺、垫块
（2）m＜M，平衡摩擦力
（3）
（4）
（1）下面是某同学做“验证机械能守恒”实验中的部分实验步骤，请完成填空部分：
①将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器；
②用手握着纸带，让重物静止地靠近打点计时器，然后先______再______，让重物自由落下，纸带上打下一系列点．
③从几条打下点的纸带中挑选第一、二点间距离接近2mm，且点迹清楚的纸带进行测量，测出一系列各计数点到第一个点的距离h1、h2…，算出______．
④据公式 vn=
（2）某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量各计数点位置对应刻度尺上的读数如图所示（图中0是打点计时器的第一个点，A、B、C、D、E分别是以每打两个点的时间作为计时单位取的计数点，单位为mm，重力加速度取g=10m/s2）．
若重锤质量为1.00kg，则重锤从起始下落至C时，减少的重力势能为______（计算结果保留三位有效数字）；A到B的时间间隔为______．
正确答案
（1）为了在纸带上打出更多的点，提高纸带的利用率，在实验过程中先接通电源，后释放纸带，然后根据纸带上打出的点，可以求出重物在做自由落体过程中的重力势能减少和动能的增加量，从而验证机械能是否守恒．
故答案为：②接通电源，释放纸带，③重物在做自由落体过程中的重力势能减少，④动能增加量．
（2）重力势能的减小量为：mgh=2.81J，由于打点周期为0.02s，因此每打两点的时间是0.04s．
故答案为：2.81J，0.04s．
某同学用如图1所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50Hz．在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每3个点取一个计数点，所以测量数据及其标记符号如图2所示．
该同学用两种方法处理数据（T为相邻两计数点的时间间隔）：
方法A：由g1=
方法B：由g1=
I．从实验装置看，该同学所用交流电的电压为______伏特，操作步骤中释放纸带和接通电源的先后顺序应该是______．
II．从数据处理方法看，在测到的数据S1、S2、S3、S4、S5、S6中，对实验结果起作用的，方法A中有______；方法B中有______．因此，选择方法______（A或B）更合理，这样可以减少实验的______（系统或偶然）误差．
III．本实验误差的主要来源有______（试举出两条）．
正确答案
Ⅰ、电火花打点计时器接220V交流电源；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放纸带，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差．
Ⅱ、在方法A中，根据数学知识可知，
只有s1、s6起作用，
方法B：
因此六组数据都起作用，故方法B数据应用充分，更合理一些．
这样可以减少实验的偶然误差．
Ⅲ、本实验误差的主要来源有：摩擦阻力的存在，长度测量存在的误差．
故答案为：Ⅰ、220，先接通电源后释放纸带
Ⅱ、s1、s6，S1、S2、S3、S4、S5、S6，B 偶然
Ⅲ、摩擦阻力的存在，长度测量存在的误差．
如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德（G•Atwood1746-1807）创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．
某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示．
（1）实验时，该同学进行了如下步骤：
①将质量均为M（A的含挡光片、B的含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态．测量出______（填“A的上表面”、“A的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离h．
②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为△t．
③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证守恒定律．
（2）如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，应满足的关系式为______（已知重力加速度为g）．
（3）引起该实验系统误差的原因有______（写一条即可）．
（4）验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a随m增大会趋于一个什么值？
请你帮该同学解决，
①写出a与m之间的关系式：______（还要用到M和g）
②a的值会趋于______．
正确答案
（1、2）需要测量系统重力势能的变化量，则应该测量出挡光片中心到光电门中心的距离，系统的末速度为：v=
则系统重力势能的减小量△Ep=mgh，系统动能的增加量为：△Ek=
若系统机械能守恒，则有：mgh=
（3）系统机械能守恒的条件是只有重力做功，引起实验误差的原因可能有：绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等．
（4）根据牛顿第二定律得，系统所受的合力为mg，则系统加速度为：a=
故答案为：（1）①挡光片的中心；（2）mgh=
如图所示，是用落体法验证机械能守恒定律的实验装置，请回答下列问题：
（1）从下列器材中选出实验所必须的，其编号为______．
A．打点计时器（含纸带）； B．重锤； C．天平；D．毫米刻度尺； E．秒表．
（2）实验中产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器时的摩擦阻力，使重锤获得的动能往往______它所减小的重力势能（填大于、小于或等于）．
（3）如果以
正确答案
（1）A、打点计时器（含纸带）必须的，
B、重锤，必须的，
C．天平；因为我们是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平．
D．毫米刻度尺，必须的，用来测量计数点距离
E．秒表．不需要，打点计时器本身可以计算时间．
故选ABD
（2）由于纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量．所以重锤获得的动能往往小于它所减小的重力势能．
故答案为：小于．
（3）根据机械能守恒可知mgh=
故答案为：重力加速度．
扫码查看完整答案与解析