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实验七验证机械能守恒定律1.[验证系统机械能守恒/2023天津]某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律,接通气垫导轨气源,释放托盘与砝码,并测得:a.遮光片的宽度d;b.遮光片到光电门的距离l;c.遮光片通过光电门的时间Δt;d.托盘与砝码的质量m1,小车与遮光片的质量m2.图甲①小车通过光电门时的速度v=dΔt②小车从释放到经过光电门的过程,系统重力势能的减少量为m1gl,动能的增加量为12(m1+m2)(d③改变l,做多组实验,作出如图乙所示以l为横轴、以(dΔt)2为纵轴的图像,若系统机械能守恒,则图像的斜率k=2解析①小车通过光电门的挡光时间极短,该时间内的平均速度近似等于小车通过光电门的瞬时速度,即v=dΔt②由题意可知,小车从释放到经过光电门的过程,托盘和砝码下降的高度为l,则该过程系统重力势能的减少量为|ΔEp|=m1gl,系统动能的增加量为ΔEk=12(m1+m2)(③若系统的机械能守恒,则有|ΔEp|=ΔEk,即m1gl=12(m1+m2)(dΔt)2成立,整理得(dΔt)2=2m12.[探究机械能变化量与力做功的关系/2021河北]某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系.所用器材有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、50g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块(质量为200g,其上可放钩码)、刻度尺.当地重力加速度为9.80m/s2.实验操作步骤如下:图1①安装器材,调整两个光电门距离为50.00cm,轻细绳下端悬挂4个钩码,如图1所示;②接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间,并计算出滑块通过两个光电门的速度;③保持绳下端悬挂4个钩码不变,在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量,重复上述步骤;④完成5次测量后,计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统(包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量ΔEk及系统总机械能的减少量ΔE,结果如下表所示.M/kg0.2000.2500.3000.3500.400ΔEk/J0.5870.4900.3920.2940.195ΔE/J0.3930.4900.6860.785回答下列问题:(1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为0.980J(保留三位有效数字);(2)步骤④中的表格所缺数据为0.588;(3)以M为横轴,ΔE为纵轴,选择合适的标度,在图2中绘出ΔE-M图像;图2完全忽略其他的摩擦力做功,则滑块与木板之间的动摩擦因数为0.40(0.38~0.42均可)(保留两位有效数字).答案(3)如图所示解析(1)所悬挂4个钩码重力势能减少量ΔEp=4mgL=0.980J;(2)实验过程中,悬挂钩码重力势能的减少量等于系统总动能增加量ΔEk与系统总机械能减少量ΔE之和,所以步骤④中表格所缺数据为ΔE=0.980J-0.392J=0.588J;(3)根据图表中相关数据
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