机械能守恒定律-验证机械能守恒定律

验证机械能守恒定律【例1】在验证机械能守恒定律的实验中,有位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点较近处选择几个连续计数点(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,即得到重锤下落高度F.计算出mghn和mvn2,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.答案ABCDF①B中手应抓住纸带末端;②C中先接通电源,再松开纸带;③D中应选取离O点较远的点;④F中应计算ghn和vn2.【例2】某同学在做“验证机械能守恒定律”的实验时,不慎将一条选择好的纸带的前面部分损坏了,剩下部分纸带上各点间的距离,他测出并标在纸带上,如图所示.已知打点计时器的周期是0.02s,重力加速度为9.8m/s2.(1)利用纸带说明重锤(质量为m)通过对应于2、5两点过程中机械能守恒.(2)说明为什么得到的结果是重锤重力势能的减小量Ep稍大于重锤动能的增加量Ek?答案（1）重锤在对应2、5两点时的速度分别为v2=m/s=1.495m/sv5=m/s=2.06m/s则重锤在2、5两点对应过程的动能增加量为Ek=Ek5-Ek2=mv52-mv22=m(v52-v22)=1.004mJ而重锤在该过程中下落的距离为h=(3.18+3.56+3.94)×10-2m=10.68×10-2m则重锤在该过程减少的重力势能为Ep=mg·h=1.047mJ在允许的实验误差范围内可以认为Ek=Ep,即机械能守恒.(2)因重锤拖着纸带下落时,空气阻力和打点计时器的阻力做功而使重锤的机械能有损失【例3】如图乙所示,将包有白纸的圆柱棒替代纸带和重物,蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之转动,使之替代打点计时器,当烧断挂圆柱棒的线后,圆柱棒竖直自由落下,毛笔就在圆柱棒白纸上画出记号,如图甲所示,测得记号之间的距离依次为26mm、42mm、58mm、74mm、90mm、106mm,已知马达铭牌上有“1440r/min”字样,请说明如何由此验证机械能守恒.答案①由马达铭牌“1440r/min”算出毛笔画的线距的时间间隔为s≈0.04s②根据vn=算出任意选取的画相邻两条线时圆柱棒的瞬时速度vD=m/s=1.25m/svC=m/s=1.65m/s故Ek=mvC2-mvD2=m(vC2-vD2)=m×(1.652-1.252)J=0.58mJ而-Ep=mg·CD=m×10×58×10-3J=0.58mJ可见Ek=-Ep【例4】一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系,他的实验如下:在离地面高度为h的光滑水平桌面上,沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧,其左端固定,右端与质量为m的一小钢球接触,当弹簧处于自然长度时,小钢球恰好在桌子边缘,如图所示.让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,使钢球沿水平方向射出桌面,小球在空中飞行后落到水平地面,水平距离为l.(1)请你推导出弹簧的弹性势能Ep与小钢球质量m、桌面离地高度h、水平距离l等物理量的关系式.(2)弹簧长度的压缩量x与对应的钢球在空中飞行的水平距离s的实验数据如下表所示,根据下面的实验数据,你猜测弹簧的弹性势能Ep与弹簧长度的压缩量x之间有何.关系?为什么?弹簧长度压缩量x/cm1.001.502.002.503.003.50钢球飞行水平距离l/cm1.011.502.012.483.013.50答案(1)Ep=(2)Ep=(c为常数)1.在做验证机械能守恒定律的实验时,发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能,造成这种现象的原因是()A.选用的重锤质量过大B.选用的重锤质量过小C.空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力D.实验时操作不够细,实验数据测量不准确答案C2.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瞬时速度答案CD3.在“验证机械能守恒定律”的实验中,有如下可供选择的实验器材:铁架台、电磁打点计时器以及复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关.其中不必要的器材是;缺少的器材是.答案低压直流电源、天平、秒表低压交流电源、重锤、刻度尺4.如图中甲、乙两图都是使用电磁打点计时器验证机械能守恒定律的装置示意图,已知该打点计时器的打点频率为50Hz.(1)这两图相比较,哪个图所示的装置较好?简单说明为什么.(2)图中的丙图是采用较好的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带,如果1、2两点之间距离约等于2mm,可以说明1点的速度等于.如果1、2两点之间距离明显小于2mm,比如0.5mm,但1点的速度也为.答案(1)甲图较好理由甲图较好.因为用夹子固定,可以避免乙图中由于手的抖动而造成纸带上的第一个点迹被拖长和位置不确定的现象.另外,由于用夹子固定纸带,便于将纸带调整为竖直方向,以避免纸带与打点计时器(限位孔)之间产生过大的摩擦,而乙图中用手握住纸带,难以做到这一点.（2）005.(2008·银川模拟)(1)根据打出的纸带,如下图,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x0,点A、C间的距离为x1,点C、E间的距离为x2,交流电的周期为T,则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为:a=.(2)在“验证机械能守恒定律”的实验中发现,重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能,其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用,我们可以通过该实验装置测定该阻力的大小.若已知当地重力加速度为g,还需要测量的物理量是(写出名称和符号),重锤在下落过程中受到的平均阻力的大小F=.答案(1)(2)重锤的质量mm(g-)6.利用图所示的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,当光电门中有物体通过时与它们连接的光电计时器(都没有画出)能够显示挡光时间.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5.00×10-2s、2.00×10-2s.已知滑块质量为2.00kg,滑块沿斜面方向的长度为5.00cm,光电