《2020年高中物理 第八章 機械能守恒定律 5 實驗：驗證機械能守恒定律學案 新人教版必修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020年高中物理 第八章 機械能守恒定律 5 實驗：驗證機械能守恒定律學案 新人教版必修2（16頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、5．實驗：驗證機械能守恒定律 1．掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理。 2．理解實驗設(shè)計思路，明確實驗中需要直接測量的物理量。 3．熟悉實驗操作，能正確測量數(shù)據(jù)，會求瞬時速度。 4．掌握實驗數(shù)據(jù)的處理方法，能定性分析誤差產(chǎn)生的原因。 1.實驗原理 (1)實驗思路 方案一：自由落體運動 做自由落體運動的物體，如果忽略微小阻力作用，機械能是守恒的，即重力勢能的減少量等于動能的增加量。 方案二：物體沿光滑斜面下滑 物體沿光滑斜面下滑時，雖然受到重力和斜面的支持力，但支持力與物體位移方向垂直(如圖)，對物體不做功，這種情況也滿足機械能守恒的條件。 方案三：懸掛小球的擺動

2、 用細線懸掛的小球擺動時，細線的拉力與小球的運動方向垂直，對物體不做功。如果忽略空氣阻力，這個過程中只有重力做功，也滿足機械能守恒的條件。 (2)物理量的測量 根據(jù)mv＋mgh2＝mv＋mgh1，需要測量物體的質(zhì)量、物體所處的高度以及物體運動的速度。 2．實驗器材(方案一) 鐵架臺(帶鐵夾)、打點計時器、交流電源、重物(帶紙帶夾)、紙帶、復(fù)寫紙片、導(dǎo)線、毫米刻度尺。 3．實驗步驟(方案一) (1)安裝置：按如圖實驗裝置圖把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點計時器與電源連接好。 (2)打紙帶：在紙帶的一端用夾子把重物固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使

3、重物停靠在打點計時器附近。先接通電源后放手，讓重物拉著紙帶自由下落。重復(fù)幾次，得到3～5條打好點的紙帶。 (3)選紙帶：從打好點的紙帶中挑選點跡清晰且開始的兩點間距接近2 mm的一條紙帶，在起始點標上O，以后任取間隔相同時間的點依次標上1、2、3……。 (4)測距離：用刻度尺測出O到1、2、3……的距離，即為對應(yīng)下落的高度h1、h2、h3……。 課堂任務(wù)　探究過程·獲取數(shù)據(jù) 仔細觀察下列圖片，認真參與“師生互動”。 活動1：如圖甲所示，本實驗的研究對象是誰？研究它的什么規(guī)律？ 提示：本實驗的研究對象是重物，研究它在下落的過程中機械能是否守恒。 活動2：怎樣測出重物

4、下落的高度？ 提示：從紙帶上測出。紙帶隨重物一起下落，紙帶上任何兩個點之間的距離就代表這兩個時刻間重物下落的高度。比如圖乙中的h1、h2、h3。 活動3：怎樣求出重物在某個時刻的速度？ 提示：紙帶隨重物一起勻加速下落，任意時刻重物與紙帶的速度相等。紙帶做勻加速運動，一段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度。例如：如圖所示，記下第1個點的位置O，在紙帶上從離O點適當距離開始選取幾個計數(shù)點1、2、3、……n，使相鄰兩計數(shù)點間的點數(shù)相同，并用刻度尺測量出各計數(shù)點到O點的距離h1、h2、h3、……h(huán)n，打第n個計數(shù)點時的瞬時速度等于這點前后相鄰兩計數(shù)點間的平均速度，即根據(jù)公式vn＝或v

5、n＝(T為相鄰計數(shù)點間的時間間隔)，計算出1、2、3、4、……n點的瞬時速度v1、v2、v3、v4、……vn。 活動4：本實驗對重物有什么要求？ 提示：本實驗要求重物下落過程中空氣阻力的影響盡可能小，所以重物選質(zhì)量和密度比較大的，這樣誤差會小一些。 課堂任務(wù)　分析數(shù)據(jù)·得出結(jié)論 活動1：本實驗有哪幾種處理數(shù)據(jù)的方法來驗證機械能守恒定律？ 提示：方法一：利用起始點和第n點 從起始點到第n個計數(shù)點，重力勢能減少量為mghn，動能增加量為mv，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)mv＝mghn，即v＝ghn成立，則機械能守恒定律得到驗證。 方法二：任取兩點A、B 測出物體下落高度hAB

6、過程的初、末時刻的速度vA、vB，重力勢能減少量為mghAB，動能增加量為mv－mv，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)mv－mv＝mghAB，即v－v＝ghAB成立，則機械能守恒定律得到驗證。 方法三：圖像法 計算各計數(shù)點的v2，以v2為縱軸，以各計數(shù)點到第一個點的距離h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出v2-h圖線。若在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，圖像是一條過原點且斜率為g的直線，如圖所示，則驗證了機械能守恒定律。 特別提醒：(1)本實驗不管是用mv2＝mgh，還是mv－mv＝mghAB驗證機械能守恒定律，等式兩邊的m都約掉了，所以本實驗中的驗證方法均不需要測重物的質(zhì)量m。 (2)根據(jù)mv－mv＝mg

7、hAB驗證時，由于重力勢能的變化是絕對的，這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否為2 mm就無關(guān)緊要，只要后面的點跡清晰就可選用。 活動2：本實驗有哪些注意事項？ 提示：(1)應(yīng)盡可能控制實驗條件，即應(yīng)滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有： ①安裝打點計時器要穩(wěn)固，并使兩個限位孔的中線在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。 ②應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，使空氣阻力減小。 (2)實驗中，提紙帶的手要保持不動，且保證紙帶豎直。先接通電源，等打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶。 (3)測量下落高度時，為了減小測量

8、值h的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點遠一些，紙帶也不宜過長，有效長度可在60～80 cm之間。 (4)實驗中的驗證方法均不需要測量重物的質(zhì)量m。 (5)速度不能用vn＝gtn或vn＝計算，因為只要認為加速度為g，機械能當然守恒，即相當于用機械能守恒定律驗證機械能守恒定律。 活動3：本實驗有哪些實驗誤差？怎么減小這些實驗誤差？ 提示：(1)本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服空氣阻力及打點計時器的摩擦阻力做功，故動能的增加量ΔEk稍小于重力勢能的減少量ΔEp，即ΔEk＜ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差。改進的辦法是調(diào)整器材的安裝和選用質(zhì)量和密度較大的重物，盡可能地減小阻力的影響。 (2)

9、本實驗的偶然誤差主要來源于長度的測量。減小誤差的辦法是測下落距離時都從O點量起，一次將各計數(shù)點對應(yīng)的下落高度測量完，或者多次測量取平均值。 課堂任務(wù)　典例探究·提升能力 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 例1　在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，有下列A至F六個步驟： A．將打點計時器豎直固定在鐵架臺上 B．接通電源，再松開紙帶，讓重錘自由下落 C．取下紙帶，更換紙帶(或?qū)⒓垘Х瓊€面)，重新做實驗 D．讓重錘固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點計時器，用手提著紙帶的另一端，使重錘?？吭诖螯c計時器附近 E．選擇一條合適的紙帶，用刻度尺測出重錘下落的高度h1、h2、h3、……h(huán)n

10、，算出對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3、……vn F．分別算出v和ghn，比較在實驗誤差范圍內(nèi)是否相等 (1)以上實驗步驟按合理順序排列應(yīng)該是________。 (2)某同學在進行實驗時，獲得了數(shù)條紙帶，下列做法正確的是________。 A．必須挑選第一、二兩點間的距離接近2 cm的紙帶進行測量 B．在紙帶上可以選取點跡清晰的、方便測量的某點作計數(shù)點的起始點 C．用刻度尺量出各計數(shù)點到第一點之間的距離，得到重錘下落的相應(yīng)高度h1、h2、h3、……h(huán)n D．用公式vn＝計算出各計數(shù)點對應(yīng)的重錘的瞬時速度 (1)如何求解打點計時器打紙帶上某一點時的瞬時速度？ 提示：利用＝v，即某

11、段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。 (2)用v2＝gh驗證機械能守恒時如何挑選紙帶？為什么？ 提示：要挑點跡清晰，第1、2兩點間距接近2 mm的紙帶。 因為打點計時器打點間隔為0.02 s，讓物體從靜止開始下落，第1、2點間距應(yīng)滿足s＝gT2＝×9.8×0.022 m＝1.96 mm≈2 mm。 [規(guī)范解答]　(1)實驗步驟的合理順序為ADBCEF。 (2)若從打第一個點開始測量，則必須選第1、2兩點間距接近 2 mm 的紙帶；若從某個清晰的點開始測量，也可以驗證機械能守恒，但應(yīng)該用mv－mv＝mgΔh的形式，故A錯誤，B正確；由實驗數(shù)據(jù)處理方法可知，C、D均正確。 [完美

12、答案]　(1)ADBCEF' (2)BCD 　在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，電源的頻率為50 Hz，依次打出的點為0,1,2,3,4，……n。則： (1)如用第2點到第6點之間的紙帶對應(yīng)重物的運動過程來驗證，必須直接測量的物理量為________________________、________________________、________________________，必須計算出的物理量為____________________、____________________，驗證的表達式為________________________。 (2)關(guān)于本實驗的敘述

13、中，正確的有(　　) A．打點計時器安裝時要使兩限位孔位于同一豎直線上并安裝穩(wěn)定，以減小紙帶下落過程中的阻力 B．需用天平測出重物的質(zhì)量 C．打點計時器用四節(jié)干電池串聯(lián)而成的電池組作為電源 D．用手托著重物，先閉合打點計時器的電源開關(guān)，然后釋放重物 E．打出的紙帶中，只要點跡清晰，就可以運用公式mgΔh＝mv2來驗證機械能是否守恒 F．驗證機械能是否守恒必須先確定重力勢能的參考平面 答案　(1)第2點到第6點之間的距離h26　第1點到第3點之間的距離h13　第5點到第7點之間的距離h57　第2點的瞬時速度v2　第6點的瞬時速度v6　gh26＝v－v　(2)AD 解析　(1)要驗

14、證從第2點到第6點之間的紙帶對應(yīng)重物的運動過程中機械能守恒，應(yīng)測出第2點到第6點的距離h26，要計算第2點和第6點的速度v2和v6，必須測出第1點到第3點之間的距離h13和第5點到第7點之間的距離h57，機械能守恒的表達式為mgh26＝mv－mv，即gh26＝v－v。 (2)本實驗要驗證“mgh＝mv2”，其中重物的質(zhì)量可以消去，即不需用天平測出重物的質(zhì)量，只要驗證“gh＝v2”即可，B錯誤。打點計時器的打點周期取決于交流電源的頻率，或者說必須使用交流電，不可用干電池代替，所以C錯誤。對于打出的紙帶有兩種處理方法：第一，選取第1、2兩點間的距離接近2 mm且點跡清晰的紙帶進行測量，利用“gh

15、＝v2”來驗證機械能是否守恒；第二，可以選擇紙帶點跡清晰的部分，測量任意兩個計數(shù)點之間的距離Δh，求出這兩點間的動能之差ΔEk，運用公式mgΔh＝ΔEk而不是mgΔh＝mv2來驗證機械能是否守恒，所以E錯誤。因為本實驗要驗證的是重物重力勢能的減少量等于其動能的增加量，而重力勢能的減少量與重力勢能的參考平面的位置無關(guān)，所以本實驗不需要先確定重力勢能的參考平面，F(xiàn)錯誤。本題答案為A、D。 例2　利用圖甲裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。 (1)為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的________。(填選項字母，下同) A．動能變化量與勢能變化量 B．速度變化量與勢能

16、變化量 C．速度變化量與高度變化量 (2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________。 A．交流電源 B．刻度尺 C．天平(含砝碼) (3)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC。已知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝________，動能變化量ΔEk＝________。 (4)大多數(shù)學生的實驗結(jié)果顯示，重力勢

17、能的減少量大于動能的增加量，原因是________。 A．利用公式v＝gt計算重物速度 B．利用公式v＝計算重物速度 C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 D．沒有采用多次實驗取平均值的方法 (5)某同學想用下述方法研究機械能是否守恒：在紙帶上選取多個計數(shù)點，測量它們到起始點O的距離h，計算對應(yīng)計數(shù)點的重物速度v，描繪v2-h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原點的直線，則重物下落過程中機械能守恒。請你分析論證該同學的判斷依據(jù)是否正確。____________________________________ _______________________________________

18、_______________________________ ____________________________________________________________________。 (1)利用自由落體運動驗證機械能守恒定律時，重力勢能減少量總大于動能增加量的原因是什么？ 提示：空氣阻力和摩擦阻力做功對實驗造成影響。 (2)試分析v2-h圖像的斜率的物理意義？ 提示：如果機械能守恒，則mgh＝mv2，則v2＝2gh，故v2-h圖像的斜率表示重力加速度的2倍。 [規(guī)范解答]　(1)只需要比較重物下落過程中，任意兩點間的動能變化量與勢能變化量是否相等，即可驗證機械

19、能是否守恒，故選A項。 (2)打點計時器需要接交流電源，故選A項；還需要用刻度尺測量重物下落的高度，故還要選B項；驗證機械能守恒時，m會約去，故不需要用天平測質(zhì)量，C項不選。 (3)從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能減少mghB，變化量為－mghB；打B點的速度vB＝，動能Ek＝mv，聯(lián)立解得Ek＝m2，故動能變化量ΔEk＝Ek－0＝m·2。 (4)由于存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，導(dǎo)致重力勢能的減少量大于動能的增加量，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，多次實驗取平均值無法消除系統(tǒng)誤差，故C正確。 (5)在重物下落h的過程中，若阻力f恒定，由動能定理得，mgh－fh＝，解得v2＝2h，故v2-h圖像

20、是一條過原點的直線，但還要看圖線的斜率是否在誤差允許的范圍內(nèi)接近2g，才能用該法驗證機械能守恒定律。 [完美答案]　(1)A　(2)AB (3)－mghB　m2　(4)C (5)該同學的判斷依據(jù)不正確。在重物下落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)動能定理得，mgh－fh＝mv2－0，解得v2＝2h，可知v2-h圖像就是一條過原點的直線。但要想通過描繪v2-h圖像的方法驗證機械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g 我們可以用v2-h圖像或\f(v2,2)-h圖像來驗證機械能守恒定律，也可以通過圖像來求重力加速度。v2-h圖像的斜率是2g，\f(v2,2)-h圖像的斜率是g。

21、　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(如氣墊導(dǎo)軌)，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P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5.00×10－2 s、2.00×10－2 s。已知滑塊質(zhì)量為2.00 kg，滑塊沿斜面方向的長度為5.00 cm，光電門1和2之間的距離為0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑塊經(jīng)過光電門時的速度為其平均速度。 (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

22、)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。 答案　(1)1.00　2.50　(2)5.25　5.29 解析　(1)v1＝＝ m/s＝1.00 m/s v2＝＝ m/s＝2.50 m/s。 (2)動能增加量 ΔEk＝×2.00×(2.502－1.002) J＝5.25 J 重力勢能的減少量 ΔEp＝2.00×9.80×0.54×sin30° J≈5.29 J。 　如圖所示裝置可用來驗證機械能守恒定律。長度為L的輕繩一端固定在O點，另一端系一擺錘A，在A上放一個小鐵片?，F(xiàn)將擺錘拉起，使輕繩偏離豎直方向θ角，由靜止開始釋放擺

23、錘，當其到達最低位置時，受到豎直擋板P阻擋而停止運動，這時鐵片將做平拋運動而飛離擺錘，用刻度尺量出鐵片的水平位移為s，下落高度為H。 (1)要驗證擺錘在運動中機械能守恒，必須求出擺錘初始位置離最低點的高度，其高度應(yīng)為________，同時還應(yīng)求出擺錘在最低點時的速度，其速度應(yīng)為________。 (2)用實驗中測量的物理量寫出驗證擺錘在運動中機械能守恒的關(guān)系式為______________________________________________________________________ __________________________________________

24、_________________________。 答案　(1)L(1－cosθ)　s　(2)s2＝4HL(1－cosθ) 解析　(1)擺錘下降的高度h＝L(1－cosθ)，因擺錘與鐵片一起運動到最低點，所以擺錘在最低點時的速度等于鐵片水平拋出的初速度v，由H＝gt2，s＝vt，得v＝＝＝s。 (2)設(shè)擺錘質(zhì)量為m，由mv2＝mgh，得m2＝mgL(1－cosθ), 整理得s2＝4HL(1－cosθ)。 1．(注意事項)在“驗證機械能守恒定律”實驗中，紙帶將被釋放瞬間的四種情況如照片所示，其中最合適的是(　　) 答案　D 解析　A、B紙帶彎折會產(chǎn)生很大的摩擦阻力，B、C重

25、錘起始位置離打點計時器太遠，D中操作最合適，選D。 2．(誤差分析)用圖所示裝置驗證機械能守恒定律，由于電火花計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大的阻力，這樣實驗造成的結(jié)果是(　　) A．重力勢能的減少量明顯大于動能的增加量 B．重力勢能的減少量明顯小于動能的增加量 C．重力勢能的減少量等于動能的增加量 D．以上幾種情況都有可能 答案　A 解析　由于重物下落時要克服阻力做功，重物減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為重物的動能和系統(tǒng)的內(nèi)能，故重力勢能的減少量大于動能的增加量，A正確。 3．(實驗原理)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，下列物理量中需要直接測量的是(　　) A

26、．重物的質(zhì)量 B．重力加速度 C．重物下落的高度 D．重物下落某一高度所對應(yīng)的瞬時速度 答案　C 解析　重物的質(zhì)量不需要測量；重力加速度是已知的；重物下落的高度需要測量；瞬時速度是根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)計算得出的。故應(yīng)選C。 4．(數(shù)據(jù)處理)(多選)如圖所示是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶，有關(guān)尺寸在圖中已注明。我們選中n點來驗證機械能守恒定律，下面舉出一些計算n點速度的方法，其中正確的是(　　) A．vn＝gnT B．vn＝g(n－1)T C．vn＝ D．vn＝ 答案　CD 解析　直接利用重力加速度g來計算n點速度，相當于用機械能守恒定律驗證機械能守

27、恒定律，A、B均錯誤；n點的速度等于n－1到n＋1兩點間的平均速度，故C、D正確。 5．(實驗原理和注意事項)(多選)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，有關(guān)重物的質(zhì)量，下列說法正確的是(　　) A．應(yīng)選用質(zhì)量較大的重物，使重物和紙帶所受的重力遠大于它們所受的阻力 B．應(yīng)選用質(zhì)量較小的重物，使重物的慣性小一些，下落時更接近于自由落體運動 C．不需要稱量重物的質(zhì)量 D．必須稱量重物的質(zhì)量，而且要估讀到0.01 g 答案　AC 解析　本實驗依據(jù)的原理是用重物自由下落驗證機械能守恒定律，因此重物的質(zhì)量應(yīng)取得大一些，以便系統(tǒng)所受的阻力和重物的重力相比可以忽略不計，保證重物做自由落體運動。對

28、做自由落體運動的物體來說，物體的機械能守恒，即重力勢能的減小量等于其動能的增加量，設(shè)重物質(zhì)量為m，下落高度為h時的速度為v，則有mv2＝mgh，約去m后，有v2＝2gh。分別計算對應(yīng)的v2和2gh，看它們在誤差允許范圍內(nèi)是否相等，即可驗證機械能守恒定律是否成立。故選A、C。 6．(實驗創(chuàng)新)某學校實驗小組利用如圖所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒。 (1)實驗前先調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平； (2)利用游標卡尺測得遮光條的寬度為d，實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間為Δt，那么，在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、__

29、________________________________和______________________________(以文字說明并用相應(yīng)的字母表示)； (3)本實驗通過比較________和__________________(用測量的物理量符號表示)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等，就可以驗證系統(tǒng)的機械能守恒。 答案　(2)滑塊(包含遮光條)的質(zhì)量M　滑塊上遮光條的初始位置到光電門的距離s (3)mgs　(m＋M)2 解析　(2)由于遮光條通過光電門的時間極短，因此可以利用平均速度來代替瞬時速度，因此滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為v＝，計算滑塊(包含遮光條)的動能還需要知道滑塊(包

30、含遮光條)的質(zhì)量M，故還需要測量M。為了計算鉤碼的重力勢能的減小量，還需要知道滑塊上遮光條的初始位置到光電門的距離s。 (3)以鉤碼和滑塊(包括遮光條)所組成的系統(tǒng)為研究對象，其重力勢能的減小量為mgs，系統(tǒng)動能的增加量為(m＋M)2。因此只要比較二者是否相等，即可驗證系統(tǒng)機械能是否守恒。 7．(綜合)某同學做“驗證機械能守恒定律”實驗時，不慎將一條挑選出的紙帶的一部分損壞，損壞的是前端部分。剩下的一段紙帶上各相鄰點間的距離已測出并標在圖中，單位是cm。打點計時器工作頻率為50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2。 (1)設(shè)重物質(zhì)量為m(kg)，重物在2點的速度v2＝_______

31、_，在5點的速度v5＝________，此過程中動能增加量ΔEk＝________，重力勢能減少量ΔEp＝________。由以上可得出實驗結(jié)論：________________________。 (2)重物獲得的動能往往________(A.大于　B．小于　C．等于)減少的重力勢能，實驗中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是________________。 (3)根據(jù)實驗判斷下列圖像正確的是(其中ΔEk表示重物動能的變化量，Δh表示物體下落的高度)(　　) 答案　(1)1.50 m/s　2.075 m/s　1.03m J　1.06m J　在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒 (2)B　重物下落時要克

32、服阻力做功　(3)C 解析　(1)根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律，可以求出重物在2點的速度v2＝ m/s＝1.50 m/s，重物在5點的速度v5＝ m/s＝2.075 m/s，所以動能增加量為ΔEk＝mv－mv≈1.03m J，重物從2點到5點，重力勢能減少量為ΔEp＝mgh25＝m×9.8×(3.2＋3.6＋4.0)×10－2 J＝1.06m J，由以上可得出實驗結(jié)論為在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒。 (2)由于重物下落時要克服阻力做功，所以獲得的動能小于減少的重力勢能。 (3)重物機械能守恒，重物減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為增加的動能，即ΔEk＝mgΔh，可見重物增加的動能與下落的高度成正比，C正

33、確。 8．(實驗創(chuàng)新)某同學利用如圖所示裝置驗證機械能守恒定律。四分之一光滑圓弧軌道豎直放置，軌道邊緣標有表示圓心角的刻度，軌道最低點裝有壓力傳感器?，F(xiàn)將小球置于軌道上θ刻度處由靜止釋放，當其通過最低位置時，讀出壓力傳感器的示數(shù)F，已知當?shù)刂亓铀俣葹間。 (1)為驗證小球在沿軌道下滑過程中機械能守恒，實驗中還必須測量的物理量有________； A．軌道的半徑R B．小球的質(zhì)量m C．每次小球釋放點離地面的高度h D．每次小球在軌道上運動的時間t (2)根據(jù)實驗測得的物理量，則小球在運動過程中機械能守恒應(yīng)滿足的關(guān)系式為F＝________； (3)寫出一條提高實驗精確度的

34、建議：________________________________。 答案　(1)B　(2)3mg－2mgsinθ (3)多次測量取平均值(其他答案合理即可) 解析　(1)小球沿軌道下滑的過程中，只有重力做功，重力勢能轉(zhuǎn)化為小球的動能，根據(jù)機械能守恒定律得 mgR(1－sinθ)＝mv2① 在軌道最低位置處，根據(jù)牛頓第二定律得 F－mg＝m② 聯(lián)立①②式可得mgR(1－sinθ)＝R(F－mg)， 整理得mg(1－sinθ)＝(F－mg)③ 由上式可知，要驗證小球沿軌道下滑過程中機械能守恒，實驗中還必須測量小球的質(zhì)量，故B正確，A、C、D錯誤。 (2)由(1)問中③式可

35、得F＝3mg－2mgsinθ。 (3)為提高實驗精確度，可以多次測量取平均值，或者是減小空氣阻力的影響(如減小小球的體積或增大小球的密度等)。 9．(實驗創(chuàng)新)用如圖甲所示的實驗裝置驗證質(zhì)量分別為m1、m2的物體組成的系統(tǒng)機械能守恒。物體m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量來驗證機械能是否守恒。如圖乙所示是實驗中獲取的一條紙帶，0點是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出，計數(shù)點間的距離如圖所示。已知m1＝50 g，m2＝150 g，打點計時器的工作頻率為50 Hz。(g取10 m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (1)下面列舉

36、了該實驗的幾個操作步驟： A．按照圖示的裝置安裝器件 B．將打點計時器接到直流電源上 C．先釋放m2，再接通電源打出一條紙帶 D．測量紙帶上某些點間的距離 E．根據(jù)測量的結(jié)果，分別計算系統(tǒng)減少的重力勢能和增加的動能 其中操作不當?shù)牟襟E是________(填選項對應(yīng)的字母)； (2)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v＝________ m/s； (3)在打點0～5過程中系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝________ J，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝________ J，由此得出的結(jié)論是____________________； (4)若某同學作出-h圖像如圖丙所示，寫出計算當?shù)刂亓铀俣?/p>

37、g的表達式____________，并計算出當?shù)氐膶嶋H重力加速度g＝________ m/s2。 答案　(1)BC　(2)2.4　(3)0.58　0.60　在誤差允許的范圍內(nèi)，m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒 (4)g＝　9.7 解析　(1)在實驗過程中，應(yīng)將打點計時器接到交流電源上，B錯誤；應(yīng)先接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后再釋放m2，C錯誤。 (2)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v＝×10－2 m/s＝2.4 m/s。 (3)ΔEk＝(m1＋m2)v2＝0.58 J，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝(m2－m1)gh＝0.60 J，因此可得出：在誤差允許的范圍內(nèi)，m1、m2組成的系

38、統(tǒng)機械能守恒。 (4)因為(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh，整理得g＝，整理也可得到＝h，所以v2-h圖像的斜率為＝，即＝ m/s2，解得g＝9.7 m/s2。 10．(實驗創(chuàng)新)某探究小組想利用驗證機械能守恒定律的裝置測量當?shù)氐闹亓铀俣龋鐖D甲所示。框架上裝有可上下移動位置的光電門1和固定不動的光電門2；框架豎直部分緊貼一刻度尺，零刻度線在上端，可以測量出兩個光電門到零刻度線的距離x1和x2；框架水平部分用電磁鐵吸住一個質(zhì)量為m的小鐵塊，小鐵塊的重心所在高度恰好與刻度尺零刻度線對齊。切斷電磁鐵線圈中的電流時，小鐵塊由靜止釋放，當小鐵塊先后經(jīng)過兩個光電門時，與光電門連接的傳感器即可

39、測算出其速度大小v1和v2。小組成員多次改變光電門1的位置，得到多組x1和v1的數(shù)據(jù)，建立如圖乙所示的坐標系并描點連線，得出圖線的斜率為k。 (1)當?shù)氐闹亓铀俣葹開_______ (用k表示)。 (2)若選擇光電門2所在高度為零勢能面，則小鐵塊經(jīng)過光電門1時的機械能表達式為________________(用題中物理量的字母表示)。 (3)關(guān)于光電門1的位置，下面哪個做法可以減小重力加速度的測量誤差(　　) A．盡量靠近刻度尺零刻度線 B．盡量靠近光電門2 C．既不能太靠近刻度尺零刻度線，也不能太靠近光電門2 答案　(1)k　(2)mv＋mk(x2－x1)　(3)C 解析　(1)以零刻度線所在平面為零勢能面，小鐵塊從光電門1運動到光電門2的過程中機械能守恒，根據(jù)機械能守恒定律得 mv－mgx1＝mv－mgx2 整理得v－v＝2g(x2－x1) 所以圖線的斜率k＝2g 解得g＝k。 (2)小鐵塊經(jīng)過光電門1時的機械能等于小鐵塊經(jīng)過光電門1時的動能加上重力勢能，即 E＝mv＋mg·(x2－x1)＝mv＋mk(x2－x1)。 (3)使光電門1與刻度尺零刻度線遠一些并適當增大兩光電門1、2間的距離，可以使位移測量的相對誤差減小，從而減小重力加速度的測量誤差，所以C正確。 - 16 -