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1、第6講 實驗七 驗證機械能守恒定律
1．用如圖5-6-9所示實驗裝置驗證機械能守恒定律．通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中經(jīng)過光電門B時，毫秒計時器(圖中未畫出)記錄下?lián)豕鈺r間t，測出AB之間的距離h.實驗前應(yīng)調(diào)整光電門位置使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束．
圖5-6-9
(1)為了驗證機械能守恒定律，還需要測量下列哪些物理量________．
A．A點與地面間的距離H
B．小鐵球的質(zhì)量m
C．小鐵球從A到B的下落時間tAB
D．小鐵球的直徑d
(2)小鐵球通過光電門時的瞬時速度v＝________，若下落過程中機械能守恒，則與h的關(guān)系式為＝_
2、_______.
解析 (1)要驗證機械能守恒定律，除知道小鐵球下落的高度外，還需要計算小鐵球通過光電門時的速度v，因此需要測量出小鐵球的直徑d.
(2)小鐵球通過光電門時的瞬時速度v＝.若下落過程中機械能守恒，則mgh＝mv2，解得＝h.
答案 (1)D (2) h
2．在利用打點計時器驗證做自由落體運動的物體機械能守恒的實驗中．
(1)需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h.某小組的同學(xué)利用實驗得到的紙帶，共設(shè)計了以下四種測量方案，其中正確的是________．
A．用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時間t，通過v＝gt計算出瞬時速度v
B．用刻
3、度尺測出物體下落的高度h，并通過v＝計算出瞬時速度v
C．根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前、后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h＝計算出高度h
D．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前、后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v
(2)已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，使用交流電的頻率為f.在打出的紙帶上選取連續(xù)打出的五個點A、B、C、D、E，如圖5-6-10所示．測出A點距離起始點O的距離為s0，A、C兩點間的距離為s1，C、E兩點間的距離為s2，根據(jù)前述條件，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)滿足關(guān)系式_________
4、_______________，即驗證了物體下落過程中機械能是守恒的．而在實際的實驗結(jié)果中，往往會出現(xiàn)物體的動能增加量略小于重力勢能的減少量，出現(xiàn)這樣結(jié)果的主要原因是__________________________．
圖5-6-10
解析 (1)該實驗中需要驗證的是mgh＝mv2，化簡可得gh＝v2，因此只需要了解h和各點的瞬時速度，h用刻度尺直接測量即可，而v需根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律求解．則本題的正確選項為D.
(2)由運動學(xué)的規(guī)律可知vC＝AE＝＝＝，測量可得sOC＝s0＋s1，代入gh＝v2，整理可得32g(s0＋s1)＝f2(s1＋s2)2；由于紙帶在運動的過程中要受到
5、來自打點計時器的阻力，而阻力對紙帶做負功，因此物體的動能增加量略小于重力勢能的減少量．
答案 (1)D (2)32g(s0＋s1)＝f2(s1＋s2)2 打點計時器有阻力作用，阻力對紙帶做負功
3．(2012·蘇北四市調(diào)研)某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖5-6-11甲所示．在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連．滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時，通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖象．
圖5-6
6、-11
(1)實驗前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，當(dāng)圖乙中的Δt1________Δt2(選填“>”“＝”或“<”)時，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
(2)用螺旋測微器測遮光條寬度d，測量結(jié)果如圖丙所示，則d＝________ mm.
(3)滑塊P用細線跨過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過計算機得到的圖象如圖乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能是否守恒，還應(yīng)測出________和________(寫出物理量的名稱及符號)．
(4)若上述物理量間滿足關(guān)系式__________________，則
7、表明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒．
答案 (1)＝ (2)8.474(在8.473～8.475之間均算對)
(3)滑塊質(zhì)量M 兩光電門間距離L
(4)mgL＝(M＋m)2－(M＋m)2
4．某同學(xué)利用如圖5-6-12所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．該同學(xué)經(jīng)正確操作得到打點紙帶，在紙帶后段每兩個計時間隔取一個計數(shù)點，依次為1、2、3、4、5、6、7，測量各計數(shù)點到第一個點的距離h，并正確求出打相應(yīng)點時的速度v.各計數(shù)點對應(yīng)的數(shù)據(jù)見下表：
圖5-6-12
計數(shù)點
1
2
3
4
5
6
7
h/m
0.124
0.194
0.279
0.3
8、80
0.497
0.630
0.777
v/(m·s－1)
1.94
2.33
2.73
3.13
3.50
v2/(m2·s－2)
3.76
5.43
7.45
9.80
12.3
請在圖5-6-13坐標中，描點作出v2-h圖線；由圖線可知，重錘下落的加速度g′＝________ m/s2(保留三位有效數(shù)字)；若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2，根據(jù)作出的圖線，能粗略驗證自由下落的重錘機械能守恒的依據(jù)是____________________________________________．
圖5-6-13
解析 若機械能守恒，則滿足v2＝2gh則v2-h圖線的斜率表示當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊?倍，所作的圖線可求出斜率為19.5，故g′＝9.75 m/s2，誤差允許的范圍內(nèi)g′＝g，故機械能守恒．
答案 如圖所示 9.75(9.69～9.79均可)
圖線為通過坐標原點的一條直線，所求g′與g基本相等
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活頁限時訓(xùn)練】第五章：第6講 實驗七 驗證機械能守恒定律(含解析)
