第九节实验:验证机械能守恒定律 课时巩固迎战两考 1.在验证机械能守恒定律的实验中,有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,在距离O点较近处选择连续几个 计数点(或计时点),并计算出各点的速度值. 测出各点到O点的距离,即得到重锤下落的高度 F.计算出mh和m,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 解析:本实验的目的是要验证机械能守恒定律,即比较重锤在下落过程中重力势能的减 少量ΔE与动能的增加量ΔE是否相等,如果操作不当或错误,就会增大重锤和纸带所受阻 力,导致机械能损耗过大,无法达到实验目的.为了保证实验成功和諴少机械能损耗,在实 验操作时应遵照注意事项,因此本题可对照实验注意事项和围绕减小误差方面进行考虑. 因本实验是通过比较重力势能的减少量ΔE是否等于动能的增加量ΔE来验证机械能 守恒的,不需要知道动能的具体数值,因而不需要测出重物(含重锤和夹子)的质量,故步骤 A是多余的 有错误或不妥的步骤是B、C、D、F.原因和更正办法分别是 B中“让手尽量靠近”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”,因打点计时器开始工作 应从与重锤靠近的纸带开始打点,不致留下过长的空白纸带,纸带也不宜过长,约40cm 即可 C中应先接通电源,后松开纸带.因为只有当打点计时器工作正常后再让重锤下落,才 可保证打第一个点时重锤的初速度为零,并且使纸带上的第一个点是清晰的小点 D中应将“距离O点较近处”改为“距离O点较远处”,因为所取的各计数点应尽量是 重锤自由下落运动的真实记录,而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定 状态,同时开始的几个点比较密集,会增加长度测量的误差 F中应改为“动hn和κ”,因本实验中是通过比较重锤的重力势能减少量mgh和动能增加
1 内部文件，版权追溯 内部文件，版权追溯 第九节 实验：验证机械能守恒定律 1．在验证机械能守恒定律的实验中，有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 点较近处选择连续几个 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，即得到重锤下落的高度． F．计算出 mghn和 1 2 mv 2 n，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________． 解析：本实验的目的是要验证机械能守恒定律，即比较重锤在下落过程中重力势能的减 少量ΔEp 与动能的增加量ΔEk 是否相等，如果操作不当或错误，就会增大重锤和纸带所受阻 力，导致机械能损耗过大，无法达到实验目的．为了保证实验成功和减少机械能损耗，在实 验操作时应遵照注意事项，因此本题可对照实验注意事项和围绕减小误差方面进行考虑． 因本实验是通过比较重力势能的减少量ΔEp 是否等于动能的增加量ΔEk 来验证机械能 守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物(含重锤和夹子)的质量，故步骤 A 是多余的． 有错误或不妥的步骤是 B、C、D、F.原因和更正办法分别是： B 中“让手尽量靠近”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”，因打点计时器开始工作 应从与重锤靠近的纸带开始打点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约 40 cm 即可． C 中应先接通电源，后松开纸带．因为只有当打点计时器工作正常后再让重锤下落，才 可保证打第一个点时重锤的初速度为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点． D 中应将“距离 O 点较近处”改为“距离 O 点较远处”，因为所取的各计数点应尽量是 重锤自由下落运动的真实记录，而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定 状态，同时开始的几个点比较密集，会增加长度测量的误差． F 中应改为“ghn和 1 2 v 2 n”，因本实验中是通过比较重锤的重力势能减少量 mghn和动能增加
m的大小来达到验证的目的,对于同一个研究对象(重锤)来说,质量是一定的,故只需 比较h和方就能达到目的 答案:见解析 2.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律.频闪仪每隔0.05s闪光 次,图中所标数据为实际距离,该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加 速度取9.8m/s2,小球质量m=0.2kg,结果保留三位有效数字) 21.66cr 26.68 tot .18cm 时刻 匚趣度(m∵5)8504 (1)由频闪照片上的数据计算t时刻小球的速度v= (2)从t2到t时间内,重力势能增加量△E=J,动能减少量△E= (3)在误差允许的范围内,若ΔE与ΔE近似相等,从而验证了机械能守恒定律.由上 述计算得△E ΔE(选填“>”“<”或“=”),造成这种结果的主要原因是 9.14+21 66 解析:(1)%=0.05×2cm5=408cm (2)由已知条件知: hs=(26.68+24.16+21.66)cm=72.5cm=0.725m △E=mgh25=0.2×9.8×0.725J=1.42J, E=-m 0.2×(5.592-4.082)J=1.46J (3)由②2)中知△E<ΔE,因为存在空气阻力等原因,导致重力势能的增加量小于动能的 减少量 答案:(1)4.08(2)1.421.46(3)<原因见解析 3.现利用如图所示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
2 量 1 2 mv 2 n的大小来达到验证的目的，对于同一个研究对象(重锤)来说，质量是一定的，故只需 比较 ghn和 1 2 v 2 n就能达到目的． 答案：见解析 2.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔 0.05 s 闪光 一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加 速度取 9.8 m/s2，小球质量 m＝0.2 kg，结果保留三位有效数字)： 时刻 t2 t3 t4 t5 速度/ (m·s －1 ) 5.59 5.08 4.58 (1)由频闪照片上的数据计算 t5 时刻小球的速度 v5＝________m/s. (2)从 t2 到 t5 时间内，重力势能增加量ΔEp＝________J，动能减少量ΔEk＝________J. (3)在误差允许的范围内，若ΔEp 与ΔEk 近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上 述计算得ΔEp________ΔEk(选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是 ___________________. 解析：(1)v5＝ 19.14＋21.66 0.05×2 cm/s＝408 cm/s＝4.08 m/s. (2)由已知条件知： h25＝(26.68＋24.16＋21.66)cm＝72.5 cm＝0.725 m. ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×0.725 J＝1.42 J， ΔEk＝ 1 2 mv 2 2－ 1 2 mv 2 5＝ 1 2 ×0.2×(5.592－4.082 )J＝1.46 J. (3)由(2)中知ΔEp<ΔEk，因为存在空气阻力等原因，导致重力势能的增加量小于动能的 减少量． 答案：(1)4.08 (2)1.42 1.46 (3)＜ 原因见解析 3.现利用如图所示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,与它们连接的光电计时器都没有画 出.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-s.已知滑块质量为2.00kg,滑块沿斜面方向的长度为5.00cm, 光电门1和2之间的距离为0.54m,g取9.80m/s2,取滑块经过光电门时的速度为其平均 速度.则: (1)滑块经过光电门1时的速度v= m/s,通过光电门2时的速度v= (2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为J,重力势能的减少量为 L5.00×10 解析:(1) t15.00×10 L5.00×10 ==20×10ms=2.0m (2)动能增加量 △E=×2.00×(2.502-1.002)J=5.25 重力势能的减少量 △E=2.00×9.80×0.54×sin30°J=5.29J. 答案:(1)1.002.50(2)5.255.2
3 为 30°，1 和 2 是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画 出．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 5.00×10－2 s、2.00×10－2 s．已知滑块质量为 2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为 5.00 cm， 光电门 1 和 2 之间的距离为 0.54 m，g 取 9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均 速度．则： (1)滑块经过光电门 1 时的速度 v1＝________m/s，通过光电门 2 时的速度 v2＝ ________m/s. (2)滑块通过光电门 1、2 之间的动能增加量为________J，重力势能的减少量为 ________J. 解析：(1)v1＝ L t1 ＝ 5.00×10－2 5.00×10－2 m/s＝1.00 m/s. v2＝ L t2 ＝ 5.00×10－2 2.00×10－2 m/s＝2.50 m/s. (2)动能增加量 ΔEk＝ 1 2 ×2.00×(2.502－1.002 )J＝5.25 J. 重力势能的减少量： ΔEp＝2.00×9.80×0.54×sin 30° J＝5.29 J. 答案：(1)1.00 2.50 (2)5.25 5.29