實驗六驗證機械能守恒定律 熱點一教材原型實驗 例1 2017 天津理綜 9 2 如圖1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 圖1 1 對于該實驗 下列操作中對減小實驗誤差有利的是 A 重物選用質量和密度較大的金屬錘B 兩限位孔在同一豎直面內上下對正C 精確測量出重物的質量D 用手托穩(wěn)重物 接通電源后 撤手釋放重物 2 某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50Hz的交流電源上 按正確操作得到了一條完整的紙帶 由于紙帶較長 圖中有部分未畫出 如圖2所示 紙帶上各點是打點計時器打出的計時點 其中O點為紙帶上打出的第一個點 重物下落高度應從紙帶上計時點間的距離直接測出 利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有 A OA AD和EG的長度B OC BC和CD的長度C BD CF和EG的長度D AC BD和EG的長度 圖2 2 由EG的長度可求出打F點的速度v2 打O點的速度v1 0 但求不出OF之間的距離h 故選項A錯誤 由BC和CD的長度可求出打C點的速度v2 打O點的速度v1 0 有OC之間的距離h 可以來驗證機械能守恒定律 故選項B正確 由BD和EG的長度可分別求出打C點的速度v1和打F點的速度v2 有CF之間的距離h 可以來驗證機械能守恒定律 故選項C正確 AC BD和EG的長度可分別求出打B C F三點的速度 但BC CF BF之間的距離都無法求出 無法驗證機械能守恒定律 故選項D錯誤 答案 1 AB 2 BC 變式訓練1 2016 北京理綜 21 2 利用圖3裝置做 驗證機械能守恒定律 實驗 圖3 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 A 動能變化量與勢能變化量B 速度變化量與勢能變化量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 導線及開關外 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4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 已知當地重力加速度為g 打點計時器打點的周期為T 設重物的質量為m 從打O點到打B點的過程中 重物的重力勢能變化量 Ep 動能變化量 Ek 圖4 解析 1 重物下落過程中重力勢能減少 動能增加 故該實驗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在誤差范圍內是否相等 A項正確 4 重物重力勢能的減少量略大于動能的增加量 是因為重物下落過程中存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 C正確 熱點二實驗拓展創(chuàng)新 例2 2017 內蒙古巴市一中期末 如圖5甲所示 一位同學利用光電計時器等器材做 驗證機械能守恒定律 的實驗 有一直徑為d 質量為m的金屬小球由A處從靜止釋放 下落過程中能通過A處正下方 固定于B處的光電門 測得A B間的距離為H H d 光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t 當地的重力加速度為g 則 圖5 4 實驗中發(fā)現動能增加量 Ek總是稍小于重力勢能減少量 Ep 增大下落高度后 則 Ep Ek將 選填 增大 減小 或 不變 1 如圖乙所示 用游標卡尺測得小球的直徑d mm 2 小球經過光電門B時的速度表達式為v 圖6 4 由于該過程中有阻力做功 而高度越高 阻力做功越多 故增大下落高度后 則 Ep Ek將增大 解析 1 由圖可知 主尺刻度為7mm 游標對齊的刻度為8 故讀數為7mm 8 0 05mm 7 40mm 變式訓練2 2016 全國卷 22 某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究 實驗裝置如圖7所示 輕彈簧放置在光滑水平桌面上 彈簧左端固定 右端與一物塊接觸而不連接 紙帶穿過打點計時器并與物塊連接 向左推物塊使彈簧壓縮一段距離 由靜止釋放物塊 通過測量和計算 可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能 圖7 1 實驗中涉及到下列操作步驟 把紙帶向左拉直 松手釋放物塊 接通打點計時器電源 向左推物塊使彈簧壓縮 并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是 填入代表步驟的序號 2 圖8中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結果 打點計時器所用交流電的頻率為50Hz 由M紙帶所給的數據 可求出在該紙帶對應的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為 m s 比較兩紙帶可知 填 M 或 L 紙帶對應的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大 圖8 答案 1 2 1 29M 解析 1 根據該實驗操作過程 正確步驟應為 1 用如圖9甲所示的裝置驗證機械能守恒定律 已知打點計時器打點頻率f 50Hz 圖9 1 實驗中得到的一條紙帶如圖乙所示 將第一個打點標記為O 選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù)5個點 標為A B C D E 測出A C E到O點的距離分別為d1 9 51cm d2 15 71cm d3 23 47cm 重物質量為0 5kg 當地重力加速度g 9 80m s2 現選取OC段的數據進行處理 則OC段重物的重力勢能減少量為 J 動能增加量為 J 計算結果保留2位有效數字 2 實驗結果往往是重力勢能的減少量略大于動能的增加量 關于這個誤差 下列說法正確的是 A 該誤差屬于偶然誤差B 該誤差屬于系統(tǒng)誤差C 可以通過多次測量取平均值的方法來減小該誤差D 可以通過減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來減小該誤差 2 重力勢能的減少量略大于動能的增加量是因為存在空氣阻力和摩擦阻力 這是實驗原理和儀器帶來的誤差 是系統(tǒng)誤差 故選項B D正確 答案 1 0 770 76 2 BD 2 某同學根據機械能守恒定律 設計實驗探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關系 1 如圖10甲 將輕質彈簧下端固定于鐵架臺 在上端的托盤中依次增加砝碼 測量相應的彈簧長度 部分數據如下表 由數據算得勁度系數k N m g取9 80m s2 圖10 2 取下彈簧 將其一端固定于氣墊導軌左側 如圖乙所示 調整導軌 使滑塊自由滑動時 通過兩個光電門的速度大小 3 用滑塊壓縮彈簧 記錄彈簧的壓縮量x 釋放滑塊 記錄滑塊脫離彈簧后的速度v 釋放滑塊過程中 彈簧的彈性勢能轉化為 4 重復 3 中的操作 得到v與x的關系如圖丙 由圖可知 v與x成 關系 由上述實驗可得結論 對同一根彈簧 彈性勢能與彈簧的 成正比 答案 1 50 2 相等 3 滑塊的動能 4 正比壓縮量的平方 2 氣墊導軌摩擦力可以忽略 故滑塊做勻速直線運動 通過兩個光電門的速度大小相等 3 因忽略摩擦力 釋放滑塊后 彈簧的彈性勢能轉化為滑塊的動能 3 2017 哈爾濱模擬 用如圖11甲所示的實驗裝置驗證m1 m2組成的系統(tǒng)機械能守恒 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 即可驗證機械能守恒 圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶 0是打下的第一個點 每相鄰兩個計數點之間還有4個點 圖中未標出 計數點間的距離如圖乙所示 已知兩個物體m1 100g m2 300g 則 g 9 8m s2 圖11 答案 1 2 40 2 1 161 18在誤差允許的范圍內 m1 m2組成的系統(tǒng)機械能守恒 3 9 6