第5章_5实验：探究功与速度变化的关系_验证机械能守恒定律

1、5 5 实验：探究功与速度变化的关系实验：探究功与速度变化的关系 验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律1.探究功与速度变化的关系 探究功与速度变化的关系的实验的探究思路有何巧妙之处？ 实验中用橡皮筋的弹力拉动小车做功使小车获得动能，探究橡皮筋做的功与小车速度变化的关系.橡皮筋的弹力是变力，所做的功是变力功，没有现成的公式可以计算功的大小.然而，改变橡皮筋的条数，保持小车相同的运动距离，则弹力功的大小与橡皮筋的条数成正比.也就是说，在相同的位移情况下，用一条橡皮筋做的功为W，用两条同样的橡皮筋做的功就是2W，用三条同样的橡皮筋做的功就是3W这样，实验中巧妙地避开了功的计算. 在“探究功与物体速度

2、变化关系”的实验中，甲、乙两位同学的实验操作均正确.甲同学根据实验数据作出了功和速度的关系图线，即W-v图，如图5-5-3甲所示，并由此图线得出“功与速度的平方一定成正比”的结论.乙同学根据实验数据作出了功与速度平方的关系图线，即W-v2图，如图乙，并由此也得出“功与速度的平方一定成正比”的结论.关于甲、乙两位同学的分析，你的评价是( )图图5-5-3A.甲的分析不正确，乙的分析正确甲的分析不正确，乙的分析正确B.甲的分析正确，乙的分析不正确甲的分析正确，乙的分析不正确C.甲和乙的分析都正确甲和乙的分析都正确D.甲和乙的分析都不正确甲和乙的分析都不正确答案：答案：A2.验证机械能守恒定律 在“

3、验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图5-5-4所示(图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分别是每打两个点取的计数点，单位：mm).根据纸带计算：图图5-5-4(1)若重物质量为mkg，则重物从开始下落到打B点时，减少的重力势能；(2)重物下落到B点时增加的动能；(3)从(1)(2)数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？ 重物下落到打B点时减少的重力势能为：Ep=mgh=mgOB=9.80.195m=1.911m(J)到B点时的速率物体从开始到下落到B点时增加的动能为：0.280

4、50.1250m/s=1.944m/s22 0.04BOCOAvT22k11(1.944)1.890 (J)22BEmvmm(1)减少的重力势能Ep=1.911mJ(2)增加的动能为Ek=1.890mJ(3)从(1)(2)可知，在实验误差允许范围内重力势能的减少量等于其动能的增加量，机械能守恒.重物减少的重力势能略大于其增加的动能，原因是：重物下落过程中受空气阻力，打点计时器与纸带间有阻力等，损失了一部分机械能. 某学生用“验证碰撞中动量守恒”的器材来验证钢球从斜槽滑下机械能守恒的实验步骤如下： (1)如图5-5-5把斜槽固定在实验台边沿，调整斜槽出口使出口切线水平. (2)出口处拴重垂线，使

5、出口投影落于水平地面O点，地面铺复写纸、白纸.图图5-5-5 (3)从斜槽某一高处同一点A由静止开始放球多次，找出平均落地点P，则：如果斜槽厚度不计，应测量的数据有 . ， 根据选取数据字母写出机械能守恒的表达式 . 本题要验证钢球从斜槽滑下机械能守恒，根据题中给出的实验步骤来看，必须验证钢球下落过程中表达式mgh=mv2/2成立，即要计算势能的减少量mgh和动能的增加量mv2/2，并进行比较.所以需测量的数据有：A点至桌面的高度h1；出口至地面O点的高度h2；球的落地点P至O点距离x.据平抛运动规律，可知球平抛运动的水平速度若钢球从斜槽下滑时机械能守恒则有：解得x2=4h1h2.上式即为所求

6、的机械能守恒表达式.22/22xgvx txhhg2112mghmv 某同学在用落体法验证机械能守恒定律时，进行了以下步骤：A.把电磁打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器接在低压交流电源上B.将连有重物的纸带穿过打点计时器的限位孔，提稳纸带C.释放纸带，然后接通电源开关，打出一条纸带D.更换纸带，重复B、C步骤，选出点迹清晰符合要求的纸带E.用公式 求出速度，验证机械能是否守恒在以上的操作中，你认为存在错误的步骤是 .(只填步骤前序号)2vghCE3.实验方法的变化 小明利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验装置的示意图如图5-5-6所示，当有不透光物体从光电门间通过时，光

7、电计时器就可以显示物体的挡光时间.所用的光电门传感器可测的最短时间为0.01s.将挡光效果好、宽度为d=3.810-3m的黑色磁带若干段贴在透明直尺上，让直尺从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门.某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间ti与高度差hi,并将部分数据进行了处理，结果如下表所示.(取g=9.8m/s2，表格中M为直尺质量)图图5-5-6实实验验次次序序ti(10-3s)(ms-1)hi(m) Mghi11.213.1321.153.310.58M0.060.58M31.003.802.24M0.232.25M40.954.003.10M0.323.14M50.900.41ii

8、dvt2k12iEMv2112iMv4.224.00M4.01M(1)请将表格中数据填写完整.(2)从该实验可得Ek-h的图象是 .C 用如图5-5-7甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种.重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.图图5-5-7甲甲(1)下面列举出了该实验的几个操作步骤：A.按照图示的装置安装器件；B.将打点计时器接到电源的直流输出端上；C.用天平测量出重锤的质量；D.释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E.测量打出的纸带

9、上某些点之间的距离；F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能.指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤,并简述理由.步骤B是错误的，应该接到电源的交流输出端；步骤C不必要，因为根据测量原理，重锤的动能和势能中都包含了质量m，可以约去；步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带. (2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值. 如图5-5-7乙所示，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0,点A、C间距离为s1，点C、E间的距离为s2，使用的交流电的频率为f，利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度，则加速度的表达