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实验五:验证机械能守恒定律1.(2017·泰州摸底调研)某活动小组利用图甲装置“验证机械能守恒定律”.钢球自由下落过程中,先后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB.用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度.测出两光电门间的距离为h,钢球直径为D,当地重力加速度为g.甲乙(1)用20分度的游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为D=cm.(2)要验证机械能守恒,只要比较.A.D2与gh是否相等B.D2与2gh是否相等C.D2与gh是否相等D.D2与2gh是否相等(3)钢球通过光电门的平均速度(填“”或“”)钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差(填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小.2.(2015·连云港三模)如图所示,气垫导轨上滑块的质量为M,钩码的质量为m,遮光条宽度为d,两光电门间的距离为L,气源开通后滑块在牵引力的作用下先后通过两个光电门的时间为Δt1和Δt2.当地的重力加速度为g.(1)用上述装置测量滑块加速度的表达式为(用已知量表示).(2)用上述装置探究滑块加速度a与质量M及拉力F的关系,要使绳中拉力近似等于钩码的重力,则m与M之间的关系应满足.(3)用上述装置探究系统在运动中的机械能关系,滑块从光电门1运动到光电门2的过程中满足关系式(用已知量表示)时,系统机械能守恒.若测量过程中发现系统动能增量总是大于钩码重力势能的减少量,可能的原因是.3.(2016·淮安5月模拟)用落体法“验证机械能守恒定律”,器材安装如图甲.(1)请指出图甲中的错误及不妥之处.(至少写出两处)①.②.(2)改进实验中错误及不妥之处后,打出如图乙所示一条纸带.已知打点计时器频率为50Hz,根据纸带所给数据,打C点时重物的速度为m/s.(结果保留两位有效数字)甲乙丙(3)某同学选用两个形状相同质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据,画出的图象如图丙所示,求出图线的斜率k,由图象可知a的质量m1(填“大于”或“小于”)b的质量m2.(4)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验过程中存在各种阻力,已知实验所用重物的质量m2=0.052kg,当地重力加速度g=9.78m/s2,求出重物所受的平均阻力f=N.(结果保留两位有效数字)4.(2016·南通、扬州、泰州三模)(1)如图甲所示,螺旋测微器的读数为cm.甲乙(2)某实验小组用如图乙所示的装置“验证机械能守恒定律”.①实验中得到的一条纸带如图丙所示,第一个打点标记为O,选择点迹清晰且便于测量的连续6个点,标为1、2、…、6,测出各点到O点的距离分别为d1、d2、…、d6.已知打点频率为f,则打点2时小车的速度为;若钩码质量为m,已知当地重力加速度为g,则验证点2与点5间重锤的机械能守恒的关系式可表示为.丙②已知打点频率f=50Hz,如果发现纸带上第一个和第二个打点间的距离大约是5mm,出现这种情况可能的原因是.A.重锤的质量过大B.电源电压偏大C.打点计时器没有竖直固定D.先释放纸带后接通打点计时器5.(2016·苏州一模)用如图甲所示的实验装置验证m1、m2及地球组成的系统机械能守恒.m2从高处由静止开始下落,m1下面拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.图乙给出的是实验中获取的一条纸带:0是刚开始运动时打下的点,每相邻两计数点间还有4个计时点(图中未标出).已知m1=50g、m2=150g,取g=9.8m/s2,则:(结果保留两位有效数字)甲乙(1)在纸带上打下计数点5时的速度v=m/s.(2)从0点到第5个计数点的过程中系统功能的增量ΔEk=J,系统势能的减少量ΔEp=J.(3)通过(2)中的数据你得出的实验结论是.6.(2016·海安、南外、金陵三校联考)某实验小组利用如图甲所示气垫导轨装置“验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒”.甲乙(1)如图乙所示,使用游标卡尺测量遮光条宽度,读数为cm.(2)实验前需要调节气垫导轨,操作过程是:①(填“挂上”或“卸掉”)钩码,(填“接通”或“关闭”)气源.②调节导轨底座旋钮,使得滑块运动时通过两光电门遮光条遮光时间Δt1Δt2(填“”或“=”或“”).(3)已知钩码质量m,滑块质量M,遮光条宽度d,数字计时器1和2的读数为Δt1、Δt2,两光电门之间的距离为L,若在实验误差允许范围内满足等量关系,则系统机械能守恒.(4)关于上述实验,下列说法中正确的是.A.两光电门之间的距离要小一些B.钩码的质量应远小于滑块的质量C.滑轮应选用轻质的7.(2015·淮安5月模考)某同学利用图示装置来研究机械能守恒问题,设计了如下实验.A、B是质量均为m的小物块,C是质量为M的重物,A、B间由轻弹簧相连,A、C间由轻绳相连.在物块B下放置一压力传感器,重物C下放置一速度传感器,压力传感器与速度传感器相连.当压力传感器示数为零时,就触发速度传感器测定此时重物C的速度.整个实验中弹簧均处于弹性限度内,重力加速度为g.实验操作如下:(1)开始时,系统在外力作用下保持静止,细绳拉直但张力为零.现释放C,使其向下运动,当压力传感器示数为零时,触发速度传感器测出C的速度为v.(2)在实验中保持A,B质量不变,改变C的质量M,多次重复第(1)步.①该实验中,M和m大小关系必需满足M(填“小于”“等于”或“大于”)m.②为便于研究速度v与质量M的关系,每次测重物的速度时,其已下降的高度应(填“相同”或“不同”).③根据所测数据,为得到线性关系图线,应作出(填“v2-M”“v2-”或“v2-”)图线.④根据③问的图线知,图线在纵轴上截距为b,则弹簧的劲度系数为(用题给的已知量表示).实验五:验证机械能守恒定律1.(1)1.020(2)D(3)不能2.(1)a=(2)M≫m(3)mgL=(M+m)(-)导轨不平,右端高【解析】(1)根据运动学公式-=2aL,有-=2aL,得出a=(-).(2)设绳中拉力为F,则分别对滑块和钩码列方程mg-F=ma,F=Ma,得F=M·=mg,所以当m≪M时,F≈mg.(3)对系统分析,钩码重力势能的减少量等于钩码和滑块动能的增加量,即mgL=(M+m);若发现系统动能增量总是大于钩码重力势能的减少量,说明导轨不平,滑块的重力势能也是减少,才会出现这种情况.3.(1)①使用的是直流电源②重物离打点计时器太远③没有从上方提着纸带(2)2.2(3)大于(4)0.0314.(1)1.0217(1.0216~1.0219均正确)(2)①fmg(d5-d2)=m(d6-d4)2f2-m(d3-d1)2f2②D【解析】(1)螺旋测微器的读数等于毫米整数加毫米小数,毫米整数为10mm,毫米小数为0.217mm,所以读数为10.217mm,即1.0217cm.(2)①打点2时小车的速度等于点1到点3的距离除以点1到点3的时间,v2=,而T=,所以v2=f;点2到点5之间重力势能转化为动能,则有mgh25=m-m,所以验证的关系式为mg(d5-d2)=m(d6-d4)2f2-m(d3-d1)2f2.②若为自由落体运动,且第一个点为初速度为零的点,则有h=gt2,其中t=0.02s,所以一、二两点间的距离h=0.00196m=1.96mm,现在第一个和第二个打点间的距离超过1.96mm,那说明第一个点不是初速度为零的点,A、B、C选项错误,D项正确.5.(1)2.4(2)0.580.59(3)在实验允许误差范围内,该系统运动中机械能守恒【解析】(1)打5号点时速度为v5=m/s=2.4m/s.(2)从0点到5号点的过程中系统增加的动能为(m1+m2)=0.576J≈0.58J.系统势能的减少量为m2gh05-m1gh05=0.588J≈0.59J.(3)在实验误差允许的范围内,系统的机械能守恒.6.(1)0.630(2)①卸掉接通②=(3)mgL=Md2(4)B7.①大于②相同③v2-④【解析】①实验过程中需要C物体下滑,故需要满足Mm.②实验中需要控制重力做功一定,才能研究研究速度v与质量M的关系,故需要保证下降高度一定.③因为开始弹簧被压缩后的弹力为mg,最后弹簧被拉伸的弹力为mg,所以弹性势能始、末状态相同,故有(M+m)v2=(M-m)g(2Δx),解得v2=-8mgΔx+4gΔx,故为得到线性关系图线,应作出v2-图线.④当=0时,有b=4gΔx,联立mg=kΔx可得k=.