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第5讲　实验六 验证机械能守恒定律 1．有4条用打点计时器(所用交流电频率为50 Hz)打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做 “验证机械能守恒定律”实验时打出的．为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清 晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为x1、x2、x3.请你根据下列x1、 x2、x3的测量结果确定该纸带为(已知当地的重力加速度为9.791 m/s2) (　　) A．61.0 mm　65.8 mm　70.7 mm B．41.2 mm　45.1 mm　53.0 mm C．49.6 mm　53.5 mm　57.3 mm D．60.5 mm　61.0 mm　60.6 mm 解析：验证机械能守恒采用重锤的自由落体运动实现，所以相邻的0.02 s内的位移增加量 为Δx＝gT2＝9.791×0.022 m≈3.9 mm. 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 ：C 2．(2010·安徽理综，21Ⅲ)利用图5－5－8所示装置进行验证机械能守 恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬 时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带， 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了以下 四种测量 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ： a．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt 计算出瞬时速度v. b．用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v＝eq \r(2gh)计算出瞬时速度v. 图5－5－8 c．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速 度，测算出瞬时速度v，并通过h＝eq \f(v2,2g)计算出高度h. d．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度， 等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v. 以上方案中只有一种正确，正确的是________．(填入相应的字母) 解析：在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g，只能把它当做 未知的定值，所以正确方案只有d项． 答案：d 3.科技活动小组成员利用暑假进行社会实践活动时，发现可以利用古 代抛石机的模型来验证机械能守恒定律，其原理如图5－5－9所示． 图中O为转轴，A球固定于杆上且质量为mA，B球放在勺形槽内且 质量为mB.由静止释放轻杆后，可以逆时针转动，轻杆转到竖直位置 图5－5－9 时，B球被水平抛出． (1)要验证机械能守恒定律，首先需要测量mA、mB及两球距O点的距离LA、LB，除此之 外还需要测量的物理量有________． A．A球从释放运动到最低点的时间t B．O离地面的高度h C．B球落地点与O的水平距离x D．释放轻杆时A球的高度h0 (2)下列减小实验误差的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 中，可行的有________． A．开始释放时，让轻杆水平 B．支架处地面与B球落地处地面要在同一水平面上 C．杆的硬度尽量高 D．在同一高度多次释放A球的前提下，取B球的平均落点，然后测量x E．尽量减小转轴O处的摩擦力 F．尽量减小B球的质量 (3)在轻杆从水平状态无初速释放的前提下，结合上述测定的物理量，可求系统重力势能 减少量为________，动能增加量为________，正常情况下会出现前者________(填“大 于”或“小于”)后者． 解析：(1)验证实验中A、B两球系统的机械能守恒，应先找出A、B两球初、末状态对 应的机械能，与轻杆转动时间无关，所以B、C、D三项正确． (2)A项满足h0＝h，便于计算两球初、末状态对应的机械能；B项可以保证测量操作容 易控制，且便于计算重力势能的变化量；C项避免弹性势能的参与；D项是多次测量求 平均值；E项减少摩擦力能减少机械能向内能的转化，F项中B球应当尽量选用密度大 的，以减小空气阻力，而与质量无关．所以A、B、C、D、E项均正确． (3)轻杆从水平状态无初速释放，达到最低点过程中，A球重力做正功，B球重力做负功， 且B球脱离勺形槽后做平抛运动，所以系统势能的减少量为(mALA－mBLB)g，动能的增加 量为eq \f(1,2)mAveq \o\al(2,A)＋eq \f(1,2)mBveq \o\al(2,B)，vB＝eq \f(x,\r(\f(2h＋LB,g)))，vA＝eq \f(vB,LB)LA，联立解得动能的增加量为eq \f(x2g,4h＋LB) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(mAL\o\al(2,A),L\o\al(2,B))＋mB))，因为有阻力，所以重力势能减小量一般大于动能增加量． 答案：(1)BCD　(2)ABCDE　(3)(mALA－mBLB)g eq \f(x2g,4h＋LB) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(mAL\o\al(2,A),L\o\al(2,B))＋mB))　大于 4．(2011·广州模拟)“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图5－5－10所示的甲或乙方 案来进行． (1)比较这两种方案，________(选填“甲”或“乙”)方案好些，理由是_________________ ___________________________________________________________________________． 自由落体实验　　　　　　斜面小车实验 验证机械能守恒定律　　　　验证机械能守恒定律 图5－5－10 (2)如图5－5－11是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图中所示， 已知每两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s．物体运动的加速度a＝________；该纸带是 采用________(选填“甲”或“乙”)实验方案得到的，简要写出判断依据_____________ __________________________________________________________________________. 图5－5－11 (3)如图5－5－12是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中N点速度时，几位同学 分别用下列不同的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 进行，其中正确的是 (　　) 图5－5－12 A．vN＝gnT B．vN＝eq \f(xn＋xn＋1,2T) C．vN＝eq \f(dn＋1－dn－1,2T) D．vN＝g(n－1)T 答案：(1)甲　该方案摩擦阻力小，误差小，操作方便 (2)4.83 m/s2　乙　因为物体的加速度比g小得多　(3)BC 5．(1)关于验证机械能守恒定律实验，下面列出一些实验步骤： A．用天平称出重物和夹子的质量 B．将重物系在夹子上 C．将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系有重物的夹子上，再把纸带向 上拉，让夹子静止靠近打点计时器处 D．把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V(电源暂不接通) E．把打点计时器用铁夹固定在放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上 F．在纸带上选取几个点，进行测量并记录数据 G．用秒表测出重物下落时间 H．接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带 I．切断电源 J．更换纸带，重新进行两次实验 K．在三条纸带中，选出较好的一条 L．进行计算，得出结论，完成实验报告 M．拆下导线，整理器材 对于本实验以上步骤中，不必要的有________；正确步骤的合理顺序是________(填写代 表字母)． (2)某同学利用如图5－5－13所示的装置探究弹簧的弹性势能与弹簧形变量的关系．在 水平桌面上贴有标尺，左端有一固定挡板，弹簧水平放置在桌面上，左端固定在挡板上， 用一物块从弹簧的原长处挤压弹簧，然后释放物块．通过测量不同情况下弹簧的压缩量 x和相应的物块从开始运动到停止的位移L，就可以寻找到弹簧的弹性势能与形变量间的 关系． 图5－5－13 ①假设物块与桌面间的动摩擦因数为μ，物块的质量为m，写出弹簧弹性势能与上述有 关物理量的表达式Ep＝________. ②实验中是否需要测量物块的质量和物块与桌面间的动摩擦因数________(填“是”或 “否”)？以L为纵坐标，以x2为横坐标，作出L－x2关系的图线，若图线是一条过原点 的直线，你得到的实验结论是________． 解析：(1)根据实验原理和操作步骤可知不必要的有A、G；正确步骤的合理顺序是E、 D、B、C、H、I、J、K、F、L、M. 答案：(1)A、G　EDBCHIJKFLM　(2)①Ep＝μmgL　②否　弹簧的弹性势能与形变量的 二次方成正比 6．光电计时器结构如图5－5－14所示，当有物体从M、N间通过时，光电计时器就可以 显示物体的挡光时间，若知道物体的长度，就可知道物体通过光电门的速度．如图5－ 5－15，E、F为上下两个光电门，现要利用此装置探究机械能守恒定律． 图5－5－14　　　图5－5－15　　　图5－5－16 (1)如图5－5－16所示，游标卡尺测量的物块A厚度为________ cm. (2)让物块A从某一位置下落，通过测量并计算得出它通过光电门E和F的速度分别为 v1和v2，已知当地重力加速度为g，若要探究物块在E、F之间运动过程的机械能是否 守恒，还需测量的物理量为________________．若________和________在误差允许的范 围内相等，则可说明物块的机械能守恒．(用物理量的字母符号表示) 答案：(1)1.21　(2)E、F之间的距离L eq \f(1,2)m(veq \o\al(2,2)－veq \o\al(2,1))　mgL(没有质量m也可) 7．(2010·海南卷，14)利用气垫导轨验证机械能守恒定律．实验装置示意图如图5－5－17所 示： 图5－5－17 (1)实验步骤： 图5－5－18 ①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平． ②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图5－5－18所示，由此读出l＝________mm. ③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x＝_________cm. ④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光 条已通过光电门2. ⑤从数字计时器(图5－5－17中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用 的时间Δt1和Δt2. ⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m. (2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式： ①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________. ②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能 分别为Ek1＝________和Ek2＝________. ③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少ΔEp＝________(重力加 速度为g)． (3)如果ΔEp≈________，则可认为验证了机械能守恒定律． 答案：(1)②9.35　③60.00(在59.96～60.04之间的即可) (2)①eq \f(l,Δt1)　eq \f(l,Δt2) ②eq \f(1,2)(M＋m)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,Δt1)))2　eq \f(1,2)(M＋m)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,Δt2)))2 ③mgx (3)Ek2－Ek1