机械能守恒定律实验专题

验证机械能守恒定律一、认真阅读教材完成下列问题：1、为什么要选择自由落体运动来验证机械能守恒定律？2、该实验中选取被打点纸带应注意两点：①第一点O为计时起点；②二是O点的速度应为零。怎样判别呢？3、该实验中是否需要测量重物的质量？为什么？4、在安装打点计时器时应注意什么？5、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？二、补充注意事项：速度不能用vn＝gtn或vn＝eq\r(2ghn)计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用vn＝gtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算．同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,n)或hn＝eq\f(v\o\al(2,n),2g)计算得到．1．关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是()A．实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越少，误差就越小B．实验时需称出重物的质量C．纸带上第1、2两点间距若不接近2mm，则无论怎样处理实验数据，实验误差都一定较大D．2．在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两个限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样的结果会有()A．mgh>eq\f(1,2)mv2B．mgh<eq\f(1,2)mv2 C．mgh＝eq\f(1,2)mv2D．以上都有可能3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具直接测量的有()A．重物的质量 B．重力加速度C．重物下落的高度 D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度4．用落体法验证机械能守恒定律，关于实验误差的下列说法正确的是()A．重物质量称量不准，会造成较大误差B．重物质量选用大些，有利于减小误差C．重物质量选用小些，有利于减小误差D．释放纸带与接通电源开始打点不同步会造成较大误差5．某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是()A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源B．将连有重物的纸带穿过限位孔，将纸带和重物提升到一定高度C．先释放纸带，再接通电源D．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据6．某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤：A．用天平称出重物的质量B．把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提升到一定高度C．拆掉导线，整理仪器D．断开电源，调整纸带，重做两次E．用秒表测出重物下落的时间F．用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论G．把打点计时器接到低压交流电源上H．接通电源，释放纸带I．把打点计时器接到低压直流电源上J．把打点计时器固定到桌边的铁架台上上述实验步骤中错误的是_________，可有可无的是_______，其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列的是____________．(均只需填步骤的代号)7．用自由落体运动验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作得到如图所示的纸带．其中O点是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的三个点，该同学用毫米刻度尺测量O点到A、B、C各点的距离，并记录在图中(单位：cm)，已知打点计时器的电源频率为50Hz，重物质量为m，当地重力加速度g＝9.80m/s2.（1）图中的数据不符合有效数字读数要求的是__________．（2）该同学用重物在OB段的运动来验证机械能守恒定律，先计算出该段重物重力势能的减少量为________，接着从打点计时器打下的第一个点O数起，数到图中B点是打点计时器打下的第9个点，他用vB＝gt计算和B点对应的重物的瞬时速度，得到动能的增加量为________(均保留三位有效数字)．这样他发现重力势能的减少量________(填“大于”或“小于”)动能的增加量，造成这一错误的原因是___________________________________________________.（3）若某同学所选的纸带中，设打O点时释放物体，打点计时器打A点时物体速度大小为v，该同学在实验报告中称：测得v＝2.36m/s，h＝27.73cm，据此可得：eq\f(1,2)v2＝2.785m2/s2，gh＝2.718m2/s2。在误差范围内两者相等，即机械能守恒定律得证．老师批阅：“数据非实验所得！”其理由是________________________________________。8．在“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为（1）运用公式=对实验条件的要求是____________________________；为此目的，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近__________。（2）打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB=m/s，重锤的动能EkB=J。（3）从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为J。（4）实验误差产生的原因(写两点)：①___________________________________；②__________________________________.（5）根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是______________。（6）若该实验过程中，不计任何阻力，根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落高度h，则：①以为纵轴，以h为横轴画出的图像应是（）②该图像的斜率等于________的数值。9.（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：；缺少的器材是。（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v2／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于的数值。（3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量数据，可以求出打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为________。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为研究对象。（4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg①打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB=m/s，重锤的动能EkB=J。②从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为J。③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是。10.在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量为m的重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带经过打点计时器打出一系列的点，对纸带上点的痕迹进行测量，就可验证机械能守恒定律.（1）在某次实验中得到的纸带如图所示，选取纸带上打出的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0，使用的交流电源的频率为f，则打点计时器打C点时重锤的速度为_______，打点计时器在打O点和C点的这段时间内重锤的重力势能的减少量为_____________.利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度，则加速度的表达式为a=______________.（2）在实验中发现，重锤减少的重力势能总是略大于重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用.若已知当地重力加速度的值为g，用第（1）小题给出的已知量表示重锤在下落过程中所受到的平均阻力的大小F=____________.11.在用重锤下落来验证机械能守恒时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示.其中O是起始点，A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点，打点频率为50Hz.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离，并记录在图中（单位：cm）（1）这五个数据中不符合有效数字读数要求的是（填A、B、C、D或E）点读数________.（2）该同学用重锤在OC段的运动来验证机械能守恒，OC距离用h来表示，他用vC=计算与C点对应的重锤的瞬时速度，得到动能的增加量，这种做法（填“对”或“不对”）___________.（3）若O点到某计数点的距离用h表示，重力加速度为g，该点对应重锤的瞬时速度为v，则实验中要验证的等式为________________.（4）若重锤质量m=2.00×10-1kg，重力加速度g=9.80m/s212．某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验．(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是__________，理由是_______________________________.(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02s，请根据纸带计算出B点的速度大小为________m/s.(结果保留三位有效数字)(3)该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2－h图线如图所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)1．D2．A3．C4．B5．C6．E；I；A；JGBHDCF7．(1)15.9cm(2)1.22m1.23m小于测得的高度比自由落体运动对应下落的实际高度小(3)由于阻力的存在，在下落过程中重力势能的减少量不可能小于其动能的增加量．8.(1)纸带打第一个点0时速度为零；2毫米(2)1.175；0.690（3）0.691（4）纸带在下落过程中受到空气阻力、打点计时器的阻力；测下落距离的误差；电源频率的稳定等（5）重锤动能的增加量等于重锤重力势能的减少量（6）C；重力加速度g9.（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺（2）通过原点的直线、g（3）（s6+s5+s4-s3-s2–s1）/9T2，（s5+s6）/2T，1、5（4）①1.175，0.69，0.69②0.69，③机械能守恒。］10.（1）；mg（s0+s1）；（2）m［g-］10.毫米刻度尺的最小分度为1mm，测量距离读数时，应估读下一位，若用厘米作单位应读到小数点后两位，故不符合有效数字读数要求的是B点读数.若按自由落体运动公式vC=计算C点对应的重锤的瞬时速度而得到动能的增加量，则无论在何种情况下机械能必守恒，这种做法是不对的.正确的做法是：用实验数据计算某点重锤的瞬时速度v（纸带的处理方法），若在实验误差允许的范围内重锤动能的增加量等于重锤重力势能的减少量，即ΔEk=mv2-0=ΔEp=mgh，即v2=gh，便证明了机械能是守恒的.本题中从O点到打下D点，重锤重力势能的减少量为ΔEp=mghOD=2.00×10-1×9.8×0.1941J=0.380J，用匀变速运动的公式可得到打D点时的速度vD==×10-2m/s2=1.94m/s2,故动能的增加量为ΔEk=mvD2-0=×2.00×10-1×1.94J=0.376J.11.（1）B（2）不对（3）=gh（4）0.3800.37612．(1)甲采用图乙实验时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑的过程中机械能不守恒，故图乙不能用于验证机械能守恒定律(2)1.37(3)9.751．D2．A3．C4．B5．C6．E；I；A；JGBHDCF7．(1)15.9cm(2)1.22m1.23m小于测得的高度比自由落体运动对应下落的实际高度小(3)由于阻力的存在，在下落过程中重力势能的减少量不可能小于其动能的增加量．8.(1)纸带打第一个点0时速度为零；2毫米(2)1.175；0.690（3）0.691（4）纸带在下落过程中受到空气阻力、打点计时器的阻力；测下落距离的误差；电源频率的稳定等（5）重锤动能的增加量等于重锤重力势能的减少量（6）C；重力加速度g9.（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺（2）通