高中物理人教版第七章機械能守恒定律 第七章第九節(jié)實驗驗證機械能守恒定律

第七章機械能守恒定律第九節(jié)實驗：驗證機械能守恒定律1．在驗證機械能守恒定律的實驗中，有同學(xué)按以下步驟進行實驗操作：A．用天平稱出重錘和夾子的質(zhì)量．B．固定好打點計時器，將連著重錘的紙帶穿過限位孔，用手提住，且讓手盡量靠近打點計時器．C．松開紙帶，接通電源，開始打點．并如此重復(fù)多次，以得到幾條打點紙帶．D．取下紙帶，挑選點跡清晰的紙帶，記下起始點O，在距離O點較近處選擇連續(xù)幾個計數(shù)點(或計時點)，并計算出各點的速度值．E．測出各點到O點的距離，即得到重錘下落的高度．F．計算出mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，看兩者是否相等．在以上步驟中，不必要的步驟是________；有錯誤或不妥的步驟是________(填寫代表字母)；更正情況是①________，②________，③________，④________．解析：本實驗的目的是要驗證機械能守恒定律，即比較重錘在下落過程中重力勢能的減少量ΔEp與動能的增加量ΔEk是否相等，如果操作不當或錯誤，就會增大重錘和紙帶所受阻力，導(dǎo)致機械能損耗過大，無法達到實驗?zāi)康模疄榱吮ＷC實驗成功和減少機械能損耗，在實驗操作時應(yīng)遵照注意事項，因此本題可對照實驗注意事項和圍繞減小誤差方面進行考慮．因本實驗是通過比較重力勢能的減少量ΔEp是否等于動能的增加量ΔEk來驗證機械能守恒的，不需要知道動能的具體數(shù)值，因而不需要測出重物(含重錘和夾子)的質(zhì)量，故步驟A是多余的．有錯誤或不妥的步驟是B、C、D、F.原因和更正辦法分別是：B中“讓手盡量靠近”應(yīng)改為“讓重錘盡量靠近打點計時器”，因打點計時器開始工作應(yīng)從與重錘靠近的紙帶開始打點，不致留下過長的空白紙帶，紙帶也不宜過長，約40cm即可．C中應(yīng)先接通電源，后松開紙帶．因為只有當打點計時器工作正常后再讓重錘下落，才可保證打第一個點時重錘的初速度為零，并且使紙帶上的第一個點是清晰的小點．D中應(yīng)將“距離O點較近處”改為“距離O點較遠處”，因為所取的各計數(shù)點應(yīng)盡量是重錘自由下落運動的真實記錄，而打點計時器接通電源開始工作后不一定很快就能達到穩(wěn)定狀態(tài)，同時開始的幾個點比較密集，會增加長度測量的誤差．F中應(yīng)改為“ghn和eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)”，因本實驗中是通過比較重錘的重力勢能減少量mghn和動能增加量eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)的大小來達到驗證的目的，對于同一個研究對象(重錘)來說，質(zhì)量是一定的，故只需比較ghn和eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)就能達到目的．答案：見解析2.某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律．頻閃儀每隔s閃光一次，圖中所標數(shù)據(jù)為實際距離，該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如下表(當?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2kg時刻t2t3t4t5速度/(m·s－1)(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5＝________m/s.(2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增加量ΔEp＝________J，動能減少量ΔEk＝________J.(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗證了機械能守恒定律．由上述計算得ΔEp________ΔEk(選填“>”“<”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要原因是___________________.解析：(1)v5＝eq\f＋,×2)cm/s＝408cm/s＝4.08m/s.(2)由已知條件知：h25＝＋＋cm＝72.5cm＝0.725ΔEp＝mgh25＝××J＝J，ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)＝eq\f(1,2)××－J＝J.(3)由(2)中知ΔEp<ΔEk，因為存在空氣阻力等原因，導(dǎo)致重力勢能的增加量小于動能的減少量．答案：(1)(2)(3)＜原因見解析3.現(xiàn)利用如圖所示裝置驗證機械能守恒定律．圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30°，1和2是固定在斜面上適當位置的兩個光電門，與它們連接的光電計時器都沒有畫出．讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的光電計時器顯示的擋光時間分別為×10－2s、×10－2s．已知滑塊質(zhì)量為2.00kg，滑塊沿斜面方向的長度為5.00cm，光電門1和2之間的距離為0.54m，g取9.80m(1)滑塊經(jīng)過光電門1時的速度v1＝________m/s，通過光電門2時的速度v2＝________m/s.(2)滑塊通過光電門1、2之間的動能增加量為________J，重力勢能的減少量為________J.解析：(1)v1＝eq\f(L,t1)＝eq\f×10－2,×10－2)m/s＝1.00m/s.v2＝eq\f(L,t