第課時實驗二:驗證機械能守恆定律
【測控導航】
1.下列關於「驗證機械能守恆定律」實驗的實驗誤差的說法中,正確的是 b .
a.重物質量的稱量不准會造成較大誤差
b.重物質量選用得大些,有利於減小誤差
c.重物質量選用得較小些,有利於減小誤差
d.紙帶下落和打點不同步會造成較大誤差
解析:從需要驗證的關係式ghn=看,與質量無關,a錯誤.當重物質量大一些時,空氣阻力可以忽略,b正確,c錯誤.
紙帶先下落而後打點,可選用紙帶上某兩點,求出其動能變化和重力勢能變化,則可驗證機械能守恆定律,與打點是否同步無關,故d錯誤.
2.(2012青島一模)在驗證機械能守恆定律的實驗中,某同學利用圖(甲)中器材進行實驗,正確地完成實驗操作後,得到一條點跡清晰的紙帶,如圖(乙)所示,但在實驗資料處理中,某同學取a、b兩點來驗證實驗,已知打點計時器每隔0.02 s打乙個點,圖中測量結果記錄在下面的**中.
(1)觀察紙帶,可知連線重物的夾子應夾在紙帶的端(選填「左」或「右」);
(2)將**中未填專案填寫完整;
(3)若重物和夾子的總質量為0.6 kg,那麼在ab運動過程中,動能的增加量為 j,重力勢能減少量為 j.
解析:(1)重物剛開始運動,速度較小,點跡比較密集,故夾子應夾在紙帶的左端;
(2)vb==3.20 m/s;
(3)在ab運動過程中,動能的增加量為δek=m-m≈2.78 j;重力勢能減少量δep=mghab=2.94 j.
答案:(1)左 (2)3.20 (3)2.78 2.94
3.在利用自由落體運動驗證機械能守恆定律的實驗中,電源的頻率為50 hz,依次打出的點為0,1,2,3,4…n.則:
(1)如用第2點到第6點之間的紙帶來驗證,必須直接測量的物理量為必須計算出的物理量為驗證的表示式為 .
(2)下列實驗步驟操作合理的排列順序是 (填寫步驟前面的字母).
a.將打點計時器豎直安裝在鐵架台上
b.接通電源,再鬆開紙帶,讓重物自由下落
c.取下紙帶,更換新紙帶(或將紙帶翻個面)重新做實驗
d.將重物固定在紙帶的一端,讓紙帶穿過打點計時器,用手提著紙帶
e.選擇一條紙帶,用刻度尺測出物體下落的高度h1,h2,h3…hn,計算出對應的瞬時速度v1,v2,v3…vn.
f.分別算出m和mghn,在實驗誤差範圍內看是否相等
答案:(1)第2點到第6點之間的距離h26 第1點到第3點之間的距離h13 第5點到第7點之間的距離h57 第2點的瞬時速度v2 第6點的瞬時速度v6 mgh26=m-m (2)adbcef
4.一學生利用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恆定律.該弧形軌道的末端水平,離地面的高度為h.現將一鋼球從軌道的不同高度h處由靜止釋放,鋼球的落點距離軌道末端水平距離為x.
(1)若實驗所測得的資料在誤差範圍內滿足x2= (用h、h表示),則說明鋼球從釋放到落地的過程中機械能守恆.
(2)實際上軌道是不光滑的,鋼球下滑過程需要克服摩擦力做功,已知測得鋼球的質量為m,則鋼球在下滑過程中克服摩擦力做功大小為 .(不計空氣阻力).
解析:(1)鋼球從軌道下滑過程中,若機械能守恆,則有
mgh=mv2,即v2=2gh
平拋過程中h=gt2,x=vt.所以x2=4hh.
(2)據動能定理mgh-w克=mv2,
又v=,t=
所以w克=mgh-.
答案:(1)4hh (2)mgh-
5.(2012安徽淮南模擬)某實驗小組利用如圖(甲)所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統機械能守恆(氣墊導軌底座已調水平).
(1)如圖(乙)所示,用游標卡尺測得遮光條的寬度d= cm;實驗時將滑塊從如圖(甲)所示位置由靜止釋放,由數字計時器讀出遮光條通過光電門的時間δt=1.2×10-2 s,則滑塊經過光電門時的瞬時速度為 m/s.在本次實驗中還需要測量的物理量有:
鉤碼的質量m、 和 (文字說明並用相應的字母表示).
(2)本實驗通過比較和在實驗誤差允許的範圍內相等(用測量的物理量符號表示),從而驗證了系統的機械能守恆.
解析:(1)游標卡尺讀數為:d=(5+0.1×2)mm=0.52 cm.
瞬時速度v== m/s=0.43 m/s.
還需測量的物理量有:鉤碼質量m,滑塊質量m,滑塊移動的距離s.
(2)系統若機械能守恆,則mgs=(m+m)()2
故比較mgs和(m+m)()2,若在實驗誤差允許範圍內相等,則機械能守恆.
答案:(1)0.52 0.43 滑塊質量m 滑塊移動的距離s
(2)mgs (m+m)()2
選修31
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