- 验证机械能守恒定律
- 共364题
同学用打点计时器测定当地的重力加速度，实验装置如图1所示，所用交流电频率为50HZ，选出实验中打出的一条纸带，其中一段如图2所示，相邻两计数点间的距离为x1=2.00cm，x2=2.38cm，x3=2.76cm，x4=3.14cm，x5=3.52cm，x6=3.90cm
（1）纸带______端和重物相连（填“左”或“右”）
（2）根据图中数据计算出的重力加速度值g=______m/s2．
（3）该实验所测得的重力加速度比真实值偏小，原因是______（写出任意一种）
正确答案
（1）重物下落时做匀加速运动，故纸带上的点应越来越远，故纸带的左端与重物相连．
故答案为：左．
（2）两计数点之间的时间间隔为T=0.02s，根据即△x=aT2有：
x6-x3=3a1T2 ①
x5-x2=3a2T2 ②
x4-x1=3a3T2 ③
a=
故答案为：9.50．
（3）测出的加速度一般要小于当地的重力加速度，原因是重物下落时做的不是真正的自由落体运动，下落过程中要受到空气阻力影响和纸带与限位孔的摩擦阻力的影响．
故答案为：重物带动纸带下落过程受到阻力作用．
在《验证机械能守恒定律》的实验中，质量m为1.00kg的重物自由下落，带动纸带打出一系列的点，如图所示．相邻计数点间的时间间隔为0.02s，距离单位为cm．
（1）纸带的______端与重物相连；
（2）打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB=______m/s；
（3）从起点O到打下计数点B的过程中物体的动能增加量△EK=______J，势能减少量△EP=______J（g=9.80m/s2）；
（4）通过计算，数值上△EK______△EP（填“大于”，“等于”或“小于”），这是因为______；
（5）实验的结论是______．
正确答案
（1）从纸带上可以看出0点为打出来的第一个点，速度为0，重物自由下落，初速度为0，所以应该先打出0点，而与重物相连的纸带在下端，应该先打点．所以纸带的左端应与重物相连．
故答案为：左（或0）．
（2）根据在匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度有：
vB=
故答案为：0.98．
（3）动能的增量为：△Ek=
重力势能减小量△Ep=mgh=9.8×0.0501m J=0.49J．
故答案为：0.48，0.49．
（4）通过计算可知动能的增加量小于重力势能的减小量，其原因是物体在下落过程中克服摩擦阻力做功，导致重力势能没有完全转化为动能．
故答案为：小于，重物下落要克服阻力做功消耗重力势能．
（5）根据计算结果可知，在误差范围内，物体的机械能守恒．
故答案为：在误差范围内，重物自由下落机械能守恒．
在验证机械能守恒定律的实验中，质量为m的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图所示，相邻记数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取9.8m/s2．求：
（1）该实验所需器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需______（填字母代号）中的器材．
A．直流电源、天平及砝码B．直流电源、毫米刻度尺
C．交流电源、天平及砝码D．交流电源、毫米刻度尺
（2）打点计时器打下记数点B时，物体的速度VB=______m/s（保留两位有效数字）；
（3）从点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能的减小量△EP=______J，动能的增加量△EK=______J（保留两位有效数字）；
（4）根据题中提供的条件，可求出重锤实际下落的加速度a=______m/s2．（保留两位有效数字）
（5）即使在实验操作规范，数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验测得的△EP也一定略大于△EK，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因为______．
正确答案
（1）试验中，不需要知道m的大小，所以不需要天平，打点计时器使用交流电，需要刻度尺测量长度，故选D；
（2）在匀加速直线运动中，平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故：
vB=
（3）重力势能的减小量△Ep=mghB=0.47m（J）
△EK=
（4）匀变速直线运动中，在相等的时间间隔T内位移的差值是个定值：△x=aT2，
带入数据：△x=（6.91-4.08）×10-2m-（4.80-3.07）×10-2m，T=0.02s，得a=9.5m/s2；
（5）重锤和纸带都受到空气阻力和纸带运动过程中的摩擦力的作用，因此机械能有损失．
故答案为：（1）D；（2）0.96；（3）0.47m，0.46m；（4）9.5；（5）重锤和纸带都受到阻力的作用，因此机械能有损失．
在“验证机械能守恒定律”的实验中，
（1）选出一条纸带如图所示，其中O点为起始点（速度为零），A、B、C为三个计数点，打点计时器通以50Hz交流电，用最小刻度为mm的刻度尺，测得OA=11.13cm，OB：=17.69cm，Oc=25.90Cm．在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为m，取g=9.8m/s2，根据以上数据当打点针打到B点时，重锤的重力势能比开始下落时减小了______
这时它的动能是______论是：在忽略误差的情况下，重锤的机械能守恒．为增加该实验小组实验结果的可靠性，你认为应该______
（2）该同学从实验结果发现，当使用钩码拉动纸带下落时，加速度比实际的重力加速度小．为了有效地缩小这个实验测得的加速度与实际的重力加速度之差，请你提出一个有效的改进方法：______
（3）本实验得到的数据与机械能守恒存在一定的差距，你在实验中遇到这种情况时处理的做法是：______．
正确答案
（1）重锤重力势能的减小量为△Ep=mgh=m×9.8×0.1769J=1.734m．
vB=
（2）将钩码换成大质量的重锤，可以减小阻力的相对影响．
（3）实验得到的数据与机械能守恒存在一定的差距，在实验中遇到这种情况时处理的做法是分析误差原因、改进实验方案、改进测量手段．
故答案为：（1）1.734m 1.711m，可以重复进行多次实验或在一次下落过程中测出多个位置的速度，比较重物在这些位置上动能和势能之和．
（2）将钩码换成大质量的重锤．
（3）分析误差原因、改进实验方案、改进测量手段．
如图（a）为利用气垫导轨（滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略）“验证机械能守恒定律”的实验装置，请结合以下实验步骤完成填空．
（1）将气垫导轨放在水平桌面上，并调节至水平．
（2）用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出钩码的总质量m．用刻度尺测出两光电门中心之间的距离s，用游标卡尺测出挡光条的宽度l，见图（b），l的读数为______cm．
（3）将滑块移至光电门A左侧某处，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门B．读出滑块分别通过光电门A和光电门B时的挡光时间△t1和△t2．
（4）滑块通过光电门A和光电门B时，可以确定系统（包括滑块、挡光条、托盘和砝码）的总动能分别为Ek1=______和Ek2=______．在滑块从光电门A运动到光电门B的过程中，系统势能的减少量△Ep=______．（已知重力加速度为g）
比较______和______，若在实验误差允许的范围内相等，即可认为机械能是守恒的．（所有物理量均用字母表示）
正确答案
（1）l的读数为15mm+10×0.05mm=15.50mm=1.550cm
（2）由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
滑块通过光电门1速度v1=
滑块通过光电门2速度v2=
系统的总动能分别为Ek1=
l
△t1
)2和Ek2=
l
△t2
)2
在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少△Ep=mgs
比较△Ep和Ek2-Ek1，若在实验误差允许的范围内相等，即可认为机械能是守恒的．
故答案为：1.550；
l
△t1
)2；
l
△t2
)2；mgs；△Ep；Ek2-Ek1．
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