- 验证机械能守恒定律
- 共364题
利用如图1所示的装置，研究重物自由下落过程中重力势能的减少量与______（填“动能的增加量”或“速度的增加量”）的关系，可以验证机械能守恒定律．在处理实验数据时，需要确定打点时重物的动能．一次实验中，质量为m的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点迹，如图2所示．已知相邻两点之间的时间间隔为T．测得A、B两点间的距离为h1，B、C两点间的距离为h2．由此可以确定，在打点计时器打下B点时，重物的动能为______．
正确答案
用图示的实验装置做验证机械能守恒定律的实验，研究重物自由下落过程中重力势能的减少量与动能的增加量的关系，可以验证机械能守恒定律．
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上B点时小车的瞬时速度大小．
vB=
由此可以确定，在打点计时器打下B点时，重物的动能为
故答案为：动能的增加量，
下面两个实验中都使用了打点计时器：
（1）在利用打点计时器验证自由下落物体的机械能守恒的实验中，设在打O点时释放物体，打点计时器打A点时物体速度为v，OA之间的距离为h，一同学在实验报告中称，他测得v=2.38m/s，h=28.76cm，据此可得：
（2）某兴趣小组为测定一遥控电动小车的额定功率，进行如下实验：
①用天平测出电动小车的质量为1.0Kg；
②将电动小车、纸带和打点计时器按如下图所示安装；
③接通打点计时器（其打点周期为0.02s）；
④使电动小车以额定功率加速运动，达到最大速度一段时间后关闭小车电源，待小车静止时再关闭打点计时器（设在整个过程中小车所受的阻力恒定）．
在上述过程中，打点计时器在纸带上所打的部分点迹如下图乙所示．请你分析纸带数据，回答下面两个问题：
（1）电动小车的最大速度为______m/s，（2）该电动小车的额定功率为______W．
正确答案
（1）由于空气阻力、摩擦影响动能增量应略小于重力势能减少量，所以老师认为数据失实．
（2）根据纸带可知，当所打的点点距均匀时，表示物体匀速运动，此时速度最大，故有：
vm=
从右端开始取六段位移，
根据逐差法有：a=
根据牛顿第二定律有：f=ma，将m=1.0kg代人得：f=2.1N．
当汽车达到额定功率，匀速运动时，F=f，P=Fv=fvm，
代人数据解得P=3.0W．
故答案为：（1）由于重物下滑过程中需要克服阻力做功，因此重力势能的减小量略大于动能的增加量；（2）（1）1.50；（2）3.0
某同学用如图所示的装置测定重力加速度．
①打出的纸带如图所示，实验时纸带的______端通过夹子和重物相连接．（选填“甲”或“乙”）
②纸带上1至9各点为计时点，由纸带所示数据可算出实验时的重力加速度为______m/s2．（已知交流电频率为50Hz）
③若当地的重力加速度数值为9.8m/s2，请列出测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因______．
正确答案
①从纸带上可以发现从甲到乙，相邻的计数点的距离越来越小，也就是说明速度越来越小．
与重物相连接的纸带先打出点，速度较小，所以实验时纸带的乙端通过夹子和重物相连接．
②根据运动学公式得：△x=at2，
g=
③测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因是纸带和打点计时器间的摩擦阻力、空气阻力．
故答案为：
①乙
②9.4
③纸带和打点计时器间的摩擦阻力、空气阻力．
在用自由落体运动做“验证机械能守恒定律”实验中，用天平称得重物的质量为m=0.5kg，所用电源的频率为50Hz，某同学通过正确的实验操作得到了一条理想的纸带．纸带上打出的点如图所示（纸带上的O点是第一个打印点，A、B、C、D、E分别是每打两个点的时间作为计时单位取的记数点，图中数据单位为毫米），已知当地的重力加速度g=9.8m/s2．选择B点为初始点，D点为终点，则从打下B点到打下D点的过程中，重物的重力势能的减少量为△Ep=______J；重物动能的增加量为△Ek=______J；但实验中总存在△Ep______△Ek（填：小于、等于、大于）．（取3位有效数字）
正确答案
重物由B点运动到D点时，
重物的重力势能的减少量△Ep=mgh=0.5×9.8×（0.3815-0.195）J=0.914J．
利用匀变速直线运动的推论
vB=
EkB=
vD=
EkD=
△Ek=EkD-EkB=0.909 J
由于系统受到阻力的原因，所实验中总存在△Ep 大于△Ek．
故答案为：0.914，0.909，大于．
利用打点计时器和如图的其他器材可以开展多项实验探究，其主要步骤如下：
a、按装置安装好器材并连好电路．
b、接通电源，释放纸带，让重锤由静止开始自由下落．
c、关闭电源，取出纸带，更换纸带重复步骤b，打出几条纸带．
d、选择一条符合实验要求的纸带，数据如图（相邻计数点的时间为T），进行数据处理：
①若是探究重力做功和物体动能变化的关系．需求出重锤运动到各计数点的瞬时速度，试表示在B点时重锤运动的瞬时速度VB=______．
②若是测量重力加速度g．为减少实验的偶然误差，采用逐差法处理数据，则加速度大小可以表示为g=______．
③如果求出的加速度值与当地重力加速度公认的值g′有较大差距，说明实验过程存在较大的阻力，若要测出阻力的大小，则还需测量的物理量是______．
正确答案
①根据
②为减小偶然误差可以通过“二分法”来求平均加速度的值，将OF按时间分成OC段和CF段，则对应时间t=3T，由△x=a
③由牛顿第二定律可得mg′-f=ma=mg，可见f=mg′-mg，所以若要测出阻力的大小，则还需测量的物理量是重锤的质量m．
故答案为①
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