限時練習：40min完成時間：月日天氣：暑假作業(yè)10驗證機械能守恒定律1．實驗目的驗證機械能守恒定律。2．實驗原理通過實驗，求出做自由落體運動物體的重力勢能的減少量和對應過程動能的增加量，在實驗誤差允許范圍內，若二者相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律。3．實驗器材打點計時器、交流電源、紙帶、復寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(帶鐵夾)、導線。4．實驗步驟(1)安裝器材：將打點計時器固定在鐵架臺上，用導線將打點計時器與電源相連。(2)打紙帶用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖螯c計時器下方附近，先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落，打點計時器就在紙帶上打出一系列的點，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條(3～5條)。(3)選紙帶：分兩種情況說明①若選第1點O到下落到某一點的過程，即用mgh＝eq\f(1,2)mv2來驗證，應選點跡清晰，且第1、2兩點間距離接近2mm的紙帶(電源頻率為50Hz)?；蛘邷y量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以eq\f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出eq\f(1,2)v2-h圖像。若在誤差允許的范圍內圖像是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律。②用eq\f(1,2)mvB2－eq\f(1,2)mvA2＝mghAB驗證時，由于重力勢能的相對性，處理紙帶時選擇適當?shù)狞c為基準點即可。5．實驗結論在誤差允許的范圍內，自由落體運動過程機械能守恒。6．誤差分析(1)測量誤差：減小測量誤差的方法，一是測下落距離時都從O點量起，一次將各打點對應下落高度測量完，二是多測幾次取平均值。(2)系統(tǒng)誤差：由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mvn2必定稍小于重力勢能的減少量ΔEp＝mghn，改進辦法是調整安裝的器材，盡可能地減小阻力。7．注意事項(1)打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直線上，以減少摩擦阻力。(2)重物應選用質量大、體積小、密度大的材料。(3)應先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落。(4)測長度，算速度：某時刻的瞬時速度的計算應用vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)，不能用vn＝eq\r(2ghn)或vn＝gt來計算。1．在驗證機械能守恒定律的實驗中，所用電源的頻率為50Hz。某同學選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測得各計數(shù)點到O點的距離，如圖乙所示，圖中O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C分別是每打兩個點取出的計數(shù)點。重力加速度g取。(1)從下列選項中選出實驗所必須的器材，其對應的字母為______。A．電火花計時器（包括紙帶） B．重錘C．天平 D．秒表（或停表）(2)若重錘的質量為1.00kg，當打點計時器打到B點時重錘的重力勢能比開始下落時減少了J；此時重錘的動能比開始下落時增加了J。（結果均保留三位有效數(shù)字）(3)一同學分析得出的實驗結果是重錘重力勢能的減少量小于動能的增加量。下列對造成該實驗結果的原因分析正確的是______。A．空氣對重錘的阻力和打點計時器對紙帶的阻力B．選用重錘的質量過大C．交流電源的頻率大于50HzD．交流電源的頻率小于50Hz(4)測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算對應速度v，然后以為縱軸，以為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出圖，如圖像丙所示。若在誤差允許的范圍內圖像是一條過原點且斜率為______的直線，則驗證了機械能守恒定律。A．19.6 B．9.80 C．4.902．如圖甲所示，打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置驗證機械能守恒定律。(1)對于該實驗，下列操作中對減小實驗誤差有利的是______。A．精確測量出重物的質量 B．兩限位孔在同一豎直線上C．重物選用質量和密度較大的金屬錘 D．先釋放重物，再接通打點計時器(2)紙帶上所打的點記錄了重物在不同時刻的位置，在選定的紙帶上依次取計數(shù)點如圖乙所示，相鄰計數(shù)點間的時間間隔，那么紙帶的（選填“左”或“右”）端與重物相連。設重物質量，O點為打下的第一個點，則從打下O點到E點的過程中，重物動能增加量為J（結果保留三位有效數(shù)字）。(3)根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)，算出重物在各位置的速度v，量出對應位置下落的距離h，并以為縱軸、h為橫軸畫出圖像，則在下列A、B、C、D四個圖像中，若在誤差允許范圍內，重物在下落過程中機械能守恒，則圖像可能是；若重物在下落過程中所受到逐漸增大的阻力作用，則圖像可能是（均填選項字母符號）。3．某實驗小組采用如圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律。實驗裝置安裝好后，用手提住紙帶上端，之后讓紙帶由靜止開始下落。(1)關于下列實驗操作，不必要或不正確的是______。A．實驗前先用天平測出重物和夾子的質量B．為減小阻力，用電火花打點計時器比用電磁計時器好一些C．在重物大小合適的情況下，選擇木塊比選擇鐵塊好D．用秒表測出重物下落的時間E．釋放紙帶前應先接通電源(2)某次實驗中所用重物的質量。某同學選取了一條紙帶，如圖乙所示，0是打下的第一個點，1、2、3、4是連續(xù)打的點，根據(jù)紙帶上的測量數(shù)據(jù)，從打下點0至打下點3的過程中，重物重力勢能的減少量為J，動能增加量為J。（打點計時器頻率為50Hz，取，結果均保留3位有效數(shù)字）(3)若由于打點計時器的兩限位孔不在同一豎直線上，這樣會導致計算的動能增加量（填“<”“=”或“>”）重力勢能減少量；其原因是。4．學校物理興趣小組驗證機械能守恒定律的實驗裝置如圖甲所示，電火花計時器打點的周期為T。(1)實驗中得到的一條紙帶如圖乙所示，其中第3點未畫出，則重錘運動的加速度大小為，紙帶上第3點到第2點間的距離為。（均用、、T表示）(2)張同學根據(jù)打出的紙帶算出了電火花計時器打某點時重錘的瞬時速度，測出打出的第一個點與該點的距離h，以h為橫坐標、為縱坐標建立坐標系，作出圖像，從而驗證機械能守恒定律。若所有操作均正確，重力加速度大小為g，則在誤差允許的范圍內，圖線的“斜率”為。5．“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置如圖甲所示。(1)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺（含鐵夾）、打點計時器外還必須使用的器材是。A．刻度尺B．秒表C．干電池若干該實驗所用的重物應該選取圖中的。A．

B．

C．

D．(2)小鄧同學按照正確操作選的紙帶如圖丙所示，其中O是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的3個點，打點頻率為50Hz，該同學用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點的距離，并記錄在圖中（單位：cm），重物的質量為m=0.2kg，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，當打點計時器打下B點時，重物的動能為J。（計算結果保留三位有效數(shù)字）(3)小鄒同學根據(jù)正確的實驗操作得到多組數(shù)據(jù)，畫出了如圖丁所示的圖像，根據(jù)圖像求出當?shù)刂亓铀俣萭，以下表達式正確的是。A． B． C． D．6．某實驗小組利用圖甲所示的裝置，驗證槽碼和滑塊（包括遮光條）組成的系統(tǒng)機械能守恒。將遮光條安裝在滑塊上，用天平測出遮光條和滑塊的總質量M，槽碼和掛鉤的總質量m。實驗時，將滑塊系在繞過定滑輪懸掛有槽碼的細線上，細線平行于氣墊導軌，滑塊由靜止釋放，數(shù)字計時器記錄下遮光條通過光電門1和2的遮光時間分別為和，測出遮光條的寬度d．已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間。(1)打開氣泵，待氣流穩(wěn)定后調節(jié)氣墊導軌，直至看到導軌上的滑塊在短時間內保持靜止或者勻速運動，該操作的目的是(2)本實驗中（填“需要”或“不需要”）槽碼和掛鉤的總質量遠小于遮光條和滑塊的總質量；(3)保持光電門1的位置不變，移動光電門2，并測出光電門1和光電門2之間的距離s，讓滑塊每次從相同的位置釋放，多次實驗，記錄多組數(shù)據(jù)，作出隨s變化的圖像如圖乙所示，若在誤差允許的范圍內，可以驗證系統(tǒng)的機械能守恒，則該圖線的斜率7．某探究小組利用圖示裝置探究機械能守恒。將拉力傳感器固定在天花板上，不可伸長的輕質細線一端連在拉力傳感器上的O點，另一端系住可視為質點的鋼球。鋼球靜止于最低點位置時拉力傳感器示數(shù)為；現(xiàn)將鋼球分別拉至不同高度由靜止釋放，小球釋放前后細線一直處于伸直狀態(tài)，如圖甲所示。記下每次釋放瞬間拉力傳感器示數(shù)和每次釋放后鋼球第1次擺到最低點時拉力傳感器示數(shù)。并作出圖像如圖乙所示，若小球第1次下擺過程中機械能守恒，則：(1)傳感器示數(shù)N；（計算結果保留一位小數(shù)）(2)若某次該鋼球由靜止釋放時細線與豎直方向的夾角為θ、在最低點時傳感器示數(shù)，則。（計算結果保留兩位有效數(shù)字）8．高一年級某班實驗小組同時測量A、B兩個箱子質量的裝置圖如圖甲所示。其中D為鐵架臺，E為固定在鐵架臺上的輕質滑輪（質量和摩擦忽略不計），F(xiàn)為光電門，C為固定在A上、寬度為d的細遮光條（質量不計）。另外，該實驗小組還準備了刻度尺和一套總質量的砝碼。(1)在鐵架臺上標記一位置O，并測得該位置與光電門F之間的距離為h。取出質量為m的砝碼放在A箱子中，剩余砝碼全部放在B箱子中，讓A從位置O由靜止開始下降，則A下落到F處的過程中，B箱與B箱中砝碼的整體機械能是（選填“增加”、“減少”或“守恒”）的。(2)測得遮光條通過光電門的時間為，根據(jù)所測數(shù)據(jù)計算得到，A箱通過光電門的速度大小，下落過程中的加速度大?。ńY果均用d、、h等表示）(3)改變m，測得相應遮光條通過光電門的時間，算出加速度a，得到多組m與a的數(shù)據(jù)，作出圖像如圖乙所示，可得A的質量。（取重力加速度大小，計算結果中保留兩位有效數(shù)字）9．某同學設計“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置如圖甲所示。鐵架臺放在水平臺面上，上端安裝電磁鐵，接通電磁鐵的開關后能吸住小球，電磁鐵正下方安裝一個光電門，光電門連接的數(shù)字計時器能記錄下小球下落時經(jīng)過光電門的時間。實驗中測出小球直徑為、小球球心與光電門中心的高度差為，斷開電磁鐵開關，小球自由下落，記錄小球通過光電門的擋光時間。已知當?shù)氐闹亓铀俣却笮椤?1)下列關于實驗的說法正確的是__________。A．實驗時必須用天平測出小球的質量B．實驗時應選用體積小、質量大的小球C．可用來計算小球經(jīng)過光電門時的速度大小，并用來驗證小球的機械能守恒D．可用來計算小球經(jīng)過光電門時的速度大小，并用來驗證小球的機械能守恒(2)小球經(jīng)過光電門時的速度大?。ㄓ妙}目中給定的物理量符號表示）。(3)調整電磁鐵位置，得出多組數(shù)據(jù)，并畫出了如圖乙所示的圖像，若在誤差允許范圍內，圖像的斜率（用題目中給定的物理量符號表示），則機械能守恒定律成立。(4)考慮到斷開電磁鐵開關時電磁鐵線圈對小球的吸引力不會馬上消失，實際上小球的重力勢能減少量（填“大于”“小于”或“等于”）動能增加量。10．某同學用如圖（a）所示的裝置驗證機械能守恒定律。用細線把鋼制的圓柱掛在架子上，架子下部固定一個小電動機，電動機軸上裝一支軟筆。電動機轉動時，軟筆尖每轉一周就在鋼柱表面畫上一條痕跡（時間間隔為T）。如圖（b），在鋼柱上從痕跡O開始選取5條連續(xù)的痕跡A、B、C、D、E，測得它們到痕跡O的距離分別為hA、hB、hC、hD、hE。已知當?shù)刂亓铀俣葹間。(1)若電動機的轉速為3000r/min，則T=s。(2)實驗操作時，應該___________。（填正確答案標號）A．先打開電源使電動機轉動，后燒斷細線使鋼柱自由下落B．先燒斷細線使鋼柱自由下落，后打開電源使電動機轉動(3)畫出痕跡D時，鋼柱下落的速度。（用題中所給物理量的字母表示）(4)設各條痕跡到O的距離為h，對應鋼柱的下落速度為v，畫出圖像，發(fā)現(xiàn)圖線接近一條傾斜的直線，若該直線的斜率近似等于，則可認為鋼柱下落過程中機械能守恒。(5)由于軟筆和鋼柱之間存在阻力，會導致圖像傾斜（填“偏大”、“偏小”或“不變”）11．某同學用如圖（a）所示的裝置驗證機械能守恒定律。不可伸長的輕繩繞過輕質定滑輪，輕繩兩端分別連接物塊P與感光細鋼柱K，兩者質量均為，鋼柱K下端與質量為的物塊Q相連。鐵架臺下部固定一個電動機，電動機豎直轉軸上裝一支激光筆，電動機帶動激光筆繞轉軸在水平面內勻速轉動，每轉一周激光照射在細鋼柱表面時就會使細鋼柱感光并留下痕跡。初始時P、K、Q系統(tǒng)在外力作用下保持靜止，輕繩與細鋼柱均豎直。重力加速度g取。(1)開啟電動機，待電動機以的角速度勻速轉動后。將P、K、Q系統(tǒng)由靜止釋放，Q落地前，激光器在細鋼柱K上留下感光痕跡，取下K，用刻度尺測出感光痕跡間的距離如圖（b）所示。感光痕跡間的時間間隔，激光束照射到E點時，細鋼柱速度大小為（計算結果保留3位有效數(shù)字）。經(jīng)判斷系統(tǒng)由靜止釋放時激光筆光束恰好經(jīng)過O點。在OE段，系統(tǒng)動能的增加量，重力勢能的減少量，比較兩者關系可判斷系統(tǒng)機械能是否守恒。（計算結果均保留3位有效數(shù)字）(2