高中物理人教版第七章机械能守恒定律 第七章第九节实验验证机械能守恒定律

第七章机械能守恒定律第九节实验：验证机械能守恒定律1．在验证机械能守恒定律的实验中，有同学按以下步骤进行实验操作：A．用天平称出重锤和夹子的质量．B．固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器．C．松开纸带，接通电源，开始打点．并如此重复多次，以得到几条打点纸带．D．取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距离O点较近处选择连续几个计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值．E．测出各点到O点的距离，即得到重锤下落的高度．F．计算出mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，看两者是否相等．在以上步骤中，不必要的步骤是________；有错误或不妥的步骤是________(填写代表字母)；更正情况是①________，②________，③________，④________．解析：本实验的目的是要验证机械能守恒定律，即比较重锤在下落过程中重力势能的减少量ΔEp与动能的增加量ΔEk是否相等，如果操作不当或错误，就会增大重锤和纸带所受阻力，导致机械能损耗过大，无法达到实验目的．为了保证实验成功和减少机械能损耗，在实验操作时应遵照注意事项，因此本题可对照实验注意事项和围绕减小误差方面进行考虑．因本实验是通过比较重力势能的减少量ΔEp是否等于动能的增加量ΔEk来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物(含重锤和夹子)的质量，故步骤A是多余的．有错误或不妥的步骤是B、C、D、F.原因和更正办法分别是：B中“让手尽量靠近”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”，因打点计时器开始工作应从与重锤靠近的纸带开始打点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约40cm即可．C中应先接通电源，后松开纸带．因为只有当打点计时器工作正常后再让重锤下落，才可保证打第一个点时重锤的初速度为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点．D中应将“距离O点较近处”改为“距离O点较远处”，因为所取的各计数点应尽量是重锤自由下落运动的真实记录，而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态，同时开始的几个点比较密集，会增加长度测量的误差．F中应改为“ghn和eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)”，因本实验中是通过比较重锤的重力势能减少量mghn和动能增加量eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)的大小来达到验证的目的，对于同一个研究对象(重锤)来说，质量是一定的，故只需比较ghn和eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)就能达到目的．答案：见解析2.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m＝0.2kg时刻t2t3t4t5速度/(m·s－1)(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s.(2)从t2到t5时间内，重力势能增加量ΔEp＝________J，动能减少量ΔEk＝________J.(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp________ΔEk(选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是___________________.解析：(1)v5＝eq\f＋,×2)cm/s＝408cm/s＝4.08m/s.(2)由已知条件知：h25＝＋＋cm＝72.5cm＝0.725ΔEp＝mgh25＝××J＝J，ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)＝eq\f(1,2)××－J＝J.(3)由(2)中知ΔEp<ΔEk，因为存在空气阻力等原因，导致重力势能的增加量小于动能的减少量．答案：(1)(2)(3)＜原因见解析3.现利用如图所示装置验证机械能守恒定律．图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出．让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为×10－2s、×10－2s．已知滑块质量为2.00kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00cm，光电门1和2之间的距离为0.54m，g取9.80m(1)滑块经过光电门1时的速度v1＝________m/s，通过光电门2时的速度v2＝________m/s.(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为________J，重力势能的减少量为________J.解析：(1)v1＝eq\f(L,t1)＝eq\f×10－2,×10－2)m/s＝1.00m/s.v2＝eq\f(L,t