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-1-同步学典（18）实验：验证机械能守恒定律1、如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带夹子的重锤、天平。回答下列问题:(1)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有()A.刻度尺B.秒表C.0~12V的直流电源D.0~12V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有_____________________________。(写出两个原因)2、如图是用自由落体运动验证机械能守恒定律时得到的一条纸带。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,当地重力加速度g取29.8m/s,测得所用重物的质量为1.00kg,纸带上第一、二个点两点间距离接近2mm,ABCD、、、是连续打出的四个点,它们到第一个点O点的距离如图所示,则由图中数据可知,重物由O点运动到B点,重力势能的减少量等于__________J,动能的增加量等于__________J(结果保留三位有效数字)。动能的增加量小于重力势能的减少量的原因主要是_______________________。3、某同学用图a所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz,打出纸带的一部分如图b所示。-2-该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其他条件进行推算。(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图(b)中给出的物理量可以写出:在打点计时器打出B点时,重物下落的速度大小为_________,打出C点时重物下落的速度大小为________,重物下落的加速度的大小为________。(2)已测得1238.89cm,9.50cm,10.10cmsss;当重力加速度大小为29.80m/s,试验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为__________Hz。答案：(1)121()2ssf;231()2ssf;2311()2ssf(2)40解析：(1)打出B点时,重物下落的速度等于AC段的平均速度,所以1212()22BssssfvT;同理打出C点时,重物下落的速度2323()22CssssfvT;由加速度的定义式得231()2ssfvat.(2)由牛顿第二定律得:mgkmgma,解得:312(1)kgfss,代入数值解得:40Hzf.4、小明同学相信生活处处是物理,他想用生活中常见的工具进行“验证机械能守恒定律”的实验。如图所示的装置是小明同学的实验装置,装置中包括定滑轮,细线,A、B两重物。已知当地的重力加速度为g。(1)要使用该装置进行实验,小明需要测量的物理量是_______。-3-A.A、B的质量ABmm、B.A、B运动一段距离所经历的时间tC.A、B运动的距离hD.细线的长度L(2)如果能够验证机械能守恒定律,则动能与重力势能的关系式为______________。(用(1)中需要测量的量表示,如果要用质量,则ABmm)5、图甲是验证机械能守恒定律的装置，气垫导轨上安装了1、2两个光电门，滑块上固定一竖直遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连，细线与导轨平行。（1）用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度为mm。（2）在调整气垫导轨水平时，滑块不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度，使它从轨道右端向左运动，发现滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间.为使气垫导轨水平.可采取的措施是。A.调节P使轨道左端升高一些B.调节P使轨道左端降低一些C.遮光条的宽度应适当大一些D.滑块的质量增大一些（3）正确进行实验操作，测出滑块和遮光条的总质量M，钩码质量m，遮光条的宽度用d表示，已知重力加速度为g.现将滑块从图示位置由静止释放。①若滑块经过光电门2时钩码未着地，测得两光电门中心间距L，由数字计时器读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为12tt、，则验证机械能守恒定律的表达式是。②若滑块经过光电门2时钩码已着地，为验证机械能守恒定律，已测得钩码初始位置离地的髙度h，还需测量的一个物理量是。6、用如图甲所示的实验装置验证12mm、组成的系统机械能守恒。2m从高处由静止开始下落,1m上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即町验证机械能守恒定律。如图乙给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第1个点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出),所用电源的频率为50Hz,计数点间的距离如乙所示。已知150gm,2150gm,则:(结果均保留两位有效数字)-4-(1)在纸带上打下计数点5时的速度5v_________m/s;(2)在打下第0点到打下第5点的过程中系统动能的增量kE________J,系统重力势能的减少量pE________J;(取当地的重力加速度210m/sg)(3)若某同学作出212vh图像如图丙所示,则当地的重力加速度g________2m/s。7、如图所示的装置由气垫导轨、两个光电门、滑块和砂桶等组成。光电门可以测出滑块分别通过两个光电门时的瞬时速度,导轨标尺可以测出两个光电门间的距离,另用天平测出滑块(包括遮光条)和砂桶的质量分别为M和m。(1)下列说法正确的是()A.用该装置测出的数据可以算出滑块的加速度B.用该装置验证牛顿第二定律时,要保证拉力近似等于砂桶的重力,即必须满足MmC.可以用该装置验证机械能守恒定律,但必须满足MmD.不能用该装置探究动能定理(2)如果用该装置验证机械能守恒定律,应该选为研究对象__________(填“滑块”“砂桶”或“滑块和砂桶”)。-5-答案以及解析1答案及解析：答案：(1)AD(2)纸带和打点计时器之间有摩擦;用刻度尺测量长度时读数有误差解析：(1)本实验需测量长度,但不需要计时,选项A正确,选项B错误;打点计时器需要用交流电源,选项C错误,选项D正确。(2)摩擦和长度测量读数问题是产生误差的主要原因。2答案及解析：答案：6.88;6.81;存在摩擦阻力解析：重物由O点运动到B点,重力势能的减少量p1.009.800.7018J6.88JOBEmgh,打B点时重物的瞬时速度2(77.7662.99)10m/s3.69m/s20.04ACBxvT,则动能的增加量2k16.81J2BEmv。动能的增加量小于重力势能的减少量,主要原因是存在摩擦阻力。3答案及解析：答案：(1)121()2ssf;231()2ssf;2311()2ssf(2)40解析：(1)打出B点时,重物下落的速度等于AC段的平均速度,所以1212()22BssssfvT;同理打出C点时,重物下落的速度2323()22CssssfvT;-6-由加速度的定义式得231()2ssfvat.(2)由牛顿第二定律得:mgkmgma,解得:312(1)kgfss,代入数值解得:40Hzf.4答案及解析：答案：(1)ABC(2)22ABABhmmghmmt解析：(1)由ABmm可知,A物体下降,B物体上升,设A物体经过时间t下降h,根据02vht,可得速度为：2hvt,且两物体速度大小相等。故系统动能为：22122ABABhmmvmmt,由此判断出需要测的物理量为两物体质量、运动一段的距离以及时间,故选ABC。(2)如果机械能守恒则满足：22ABABhmmghmmt。5答案及解析：答案：(1)13.50(2)A(3)①22222112()ddmgLmMtt②遮光条通过光电门2的时间解析：（3）①由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度,因此滑块经过光电门时的瞬时速度为,那么滑块经过光电门1的瞬时速度为：；滑块经过光电门2的瞬时速度为：；根据实验原理可知，该实验中需要比较重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即可判断机械能是否守恒，故需要测量的物理量为：滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离L，滑块的质量M.钩码和滑块所组成的系统为研究对象,其重力势能的减小量为：，-7-系统动能的增量为：；因此只要比较二者是否相等，即可验证系统机械能是否守恒。则为：；②若滑块经过光电门2时钩码已着地，为验证机械能守恒定律，已测得钩码初始位置离地的高度h，结合以上的实验原理，还需测量的一个物理量是遮光条通过光电门2的时间。6答案及解析：答案：(1)2.4(2)0.58;0.60(3)9.7解析：(1)25(21.6026.40)10m/s2.4m/s0.12v。(2)2k1251()00.58J2Emmvp2150.60JEmghmgh。(3)由221121()()2mmghmmv知22112()2mmghvmm即图线的斜率2112()5.821.20mmgkmm解得29.7m/sg。7答案及解析：答案：(1)AB(2)滑块和砂桶解析：(1)该实验装置可以做选项中的所有实验,只是对应的研究对象与实验条件不同。如果只是测定加速度,只要纸带打出数据就行,A项正确;如果要验证牛顿第二定律,则选滑块为研究对象,mM的条件必须满足,B项正确;如果要验证机械能守恒定律和探究动能定理,则需选择滑块和砂桶为研究对象,C、D两项均错误。(2)只有选择滑块和砂桶为研究对象,才能验证机械能守恒定律。