- 验证机械能守恒定律
- 共364题
某学生利用“验证机械能守恒定律”的实验装置来测量一个质量m=50g的钩码下落时的加速度值，该学生将钩码固定在纸带下端，让纸带穿过打点计时器，实验装置如图a所示．①以下是该同学正确的实验操作和计算过程，请完成下面部分实验步骤的有关内容
A、按实验装置图安装器件
B、将打点计时器接到______（填直流或交流）电源上
C、先______，再______，然后______．
D、取下纸带，取其中的一段标出计数点如图b所示，测出相邻计数点间的距离分别为S1=2.60cm，S2=4.14cm，S3=5.69cm，S4=7.22cm，S5=8.75cm，S6=10.29cm
已知打点计时器的打点频率是f=50Hz，则计算钩码下落加速度的表达式为a=______，代入数值，可得加速度a=______m/s2（计算结果保留三位有效数字）．
②该同学从实验结果发现，钩码下落时的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：______．
正确答案
①实验中安装、调整好器材，穿好纸带，在打点之前，应先接通电源，后松开纸带，实验结束关闭电源整理器材．
根据匀变速直线运动的推论△x=aT2，有：
s6-s3=3a1T2 ①
s5-s2=3a2T2 ②
s4-s1=3a3T2 ③
a=
解得：a=
(s6+s5+s4)-(s3+s2+s1)
36
f2．
带入数据解得a=9.60m/s2．
②根据实验原理可知，造成该实验误差的主要原因是物体下落过程中存在摩擦阻力，一是小球下落的空气阻力，二是纸带和限位孔之间的摩擦，故具体采取的具体措施为：将钩码换成较大质量的重锤．
故答案为：①交流，接通打点计时器电源，释放纸带，关闭打点计时器电源；
a=
(s6+s5+s4)-(s3+s2+s1)
36
f2
a=9.60m/s2
②将钩码换成大质量的重锤．
（1）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，实验小组A不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了，剩下的一部分纸带上各点间的距离如图所示的数值，已知打点计时器的周期为T=0.02s，重力加速度g=9.8m/s2；重锤的质量为m，已知S1=0.98cm，S2=1.42cm，S3=1.78cm，则记录B点时重锤的动能EKB=______J，记录C点时重锤的动能EKC=0.32m J；重锤从B点到C点重力势能变化量是______J，动能变化量是______J．从而可以得出结论：______．（计算结果保留3位有效数字）
（2）在验证机械能守恒定律的实验中
①自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少______对实验的影响．
②实验中______ 测定重锤的质量（ 填“要”或“不要”）．
正确答案
（1）B点的速度为：vB=
B点动能为：EKB=
C点的速度为：vC=
C点动能为：EKC=
重锤重力势能的变化量是：mghBC=0.142m（J）
重锤动能的变化量是：△EK=EKC-EKB=0.140m（J）
由于存在摩擦阻力因此重力势能的减小量略大于动能增加量，在误差允许内，机械能是守恒的．
故答案为：0.180m，0.142m，0.140m，在误差允许的范围内，机械能守恒．
（2）①质量越大，体积越小，阻力对其影响就越小，因此选择密度大的小球．
故答案为：阻力．
②根据机械能守恒的表达式可知，该实验不需要测量重锤的质量．
故答案为：不要．
用打点计时器在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中可用工具测量的有 ，通过计算得到的有 。
A．重锤的质量
B．重力加速度
C．重锤下落的高度
D．与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度
正确答案
C，D
（1）在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器电源频率为50Hz，当地重力加速度为9.80m/s2，测得所用重锤的质量为1.00kg，实验中获得一条点迹清晰的纸带如图1，把第一个点记为O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量点，经测量知道，A、B、C、D各点到O点的距离分别为hOA=62.99cm、hOB=70.18cm、hOC=77.76cm、hOD=85.73cm，根据上述数据，可知计时器记录C点时，重物的速度vC=______m/s，重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于______J，动能的增量等于______J．（取3位有效数字）
（2）电流表A1的量程为0～200μA、内电阻约为500Ω，现要测其内阻，除若干开关、导线之外还有器材如下：
电流表A2：与A1规格相同
滑动变阻器R1：阻值0～20Ω
电阻箱R2：阻值0～9999Ω
保护电阻R3：阻值约为3kΩ
电源：电动势E约1.5V、内电阻r约2Ω
①如图2所示，某同学想用替代法测量电流表内阻，他设计了部分测量电路，在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中，使实验可以完成．
②电路完整后，请你完善以下测量电流表A1内电阻的实验步骤．
a．先将滑动变阻器R1的滑动端移到使电路安全的位置，再把电阻箱R2的阻值调到______（填“最大”或“最小”）
b．闭合开关S1、S，调节滑动变阻器R1，使两电流表的指针在满偏附近，记录电流表A2的示数I．
c．断开S1，保持S闭合、R1不变，再闭合S2，调节电阻箱R2，使电流表A2的示数______，读出此时电阻箱的示数R2，则电流表A1内电阻 r=______．
正确答案
（1）C点的速度vC=
则动能的增加量△Ek=
重力势能的减小量△Ep=mgh=1×9.8×0.7776J≈7.62J．
（2）为方便实验操作，滑动变阻器选择R1：阻值0～20Ω，电流表电阻远大于滑动变阻器最大阻值，
为多次测量，滑动变阻器应采用分压接法，实验电路图如图所示．
②根据实验电路、半偏法测电笔内阻的原理，实验步骤如下：
a、将变阻器R1的滑动端移到左端，电阻箱的阻值调到最大．
b、闭合开关S1、S，调节变阻器，使两电流表指针有较大的偏转，记录电流表A2的示数I．
c、断开S1，保持S闭合、R1不变，再闭合S2，调节电阻箱，使电流表A2的示数再次为I．读出此时电阻箱的示数R2，R2的大小为电流表A1内电阻r．即r=R2．
故答案为：（1）3.89 7.62 7.57
（2）①完成电路如图
②最大． 再次为I，R2
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