5 实验:验证机械能守恒定律 例1 (1)AB (2)2.68 2.28 (3)C (4)重物受到空气阻力(或纸带与打点计时器之间存在阻力) [解析] (1)图甲中两限位孔必须在同一竖直线上,实验前手应提住纸带上端,并使纸带竖直,这是为了减小打点计时器与纸带之间的摩擦,选项A、B正确;实验时,应先接通打点计时器的电源,再放开纸带,选项C错误;数据处理时,应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置,以减小长度的测量误差,选项D错误. (2)重物减少的重力势能为ΔEp=mg(x0+x1)≈2.68 J.由于重物下落时做匀变速运动,根据匀变速直线运动任意时间段中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可知,打下C点时重物的速度为vC==2.28 m/s. (3)重物自由下落过程中机械能守恒,可以得出mgx=mv2,即gx=v2,所以-x图线应是一条过原点的倾斜直线,选项C正确. (4)在实验过程中,纸带与打点计时器之间的摩擦阻力、空气阻力是存在的,克服阻力做功损失了部分机械能,因此实验中重物减少的重力势能总是略大于增加的动能. 例2 (1)将气垫导轨调节水平 (2)②③④⑤ (3)mgL (M+m) (4)气垫导轨没有调水平且光电门B端偏低 [解析] (1)为完成该实验,还缺少的主要操作是将气垫导轨调节水平. (2)滑块经过两个光电门时的速度分别为v1=、v2=,要验证的关系为mgL=(M+m)(-)=(M+m),则要测量的物理量是:②遮光条的宽度d;③两个光电门之间的距离L;④滑块(含遮光条)的质量M;⑤钩码的质量m. (3)对于滑块(含遮光条)和钩码组成的系统,重力势能的减少量ΔEp=mgL;动能的增加量ΔEk=(M+m). (4)根据ΔEp-ΔEk图像,若ΔEp=ΔEk,则直线倾角应为45°,而现在图中直线倾角为42°,可知ΔEp<ΔEk,原因可能是滑块的重力做正功造成的,即气垫导轨没有调水平且光电门B端偏低. 随堂巩固 1.C [解析] 本实验需要测量物体下落的高度来计算重力势能,测定速度来计算物体动能增加量,故还需要打点计时器.故选C. 2.ABD [解析] 在做“验证机械能守恒定律”的实验时,应先接通电源,后释放纸带,故选项C错误,而选项A、B、D都是正确的. 3.(1)0.550 0.545 (2)重力加速度g [解析] (1)当打点计时器打下B点时,重物重力势能的减少量为Ep1-Ep2=mghB=0.1×9.80×56.10×10-2 J≈0.550 J.B点的速度为vB== m/s=3.3 m/s,则动能的增加量为ΔEk=m=×0.1×3.32 J≈0.545 J. (2)根据机械能守恒定律有mgh=mv2,则v2=gh,图线斜率表示的物理量是重力加速度g.5 实验:验证机械能守恒定律 1.B [解析] 重物要靠近打点计时器,是为了充分利用纸带,纸带要拉直且保持竖直状态,是为了减小纸带与打点计时器之间的摩擦,故最合理的是B. 2.(1)B (2)mghB m 纸带与打点计时器有摩擦或空气阻力的影响 (3)如图所示 v2-h图像是一条斜率k为2g的倾斜直线 [解析] (1)实验要验证的关系为mgh=mv2,两边能消掉m,则实验中不需要称出重物和夹子的质量,选项A错误;图中两限位孔必须在同一竖直线上,以减小纸带与打点计时器间的摩擦力影响,选项B正确;将连着重物的纸带穿过限位孔,用手提住,让重物尽量靠近打点计时器,选项C错误;打点计时器打点结束后要更换纸带重做几次,选择清晰的纸带进行测量,选项D错误. (2)从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量ΔEp=mghB,打B点时重物的速度vB=,动能变化量ΔEk=m;实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,主要原因是纸带与打点计时器有摩擦或空气阻力. (3)根据描出的点作出v2-h图像如图所示,若重物的机械能守恒,则有mgh=mv2,则v2=2gh,根据作出的图线判断下落重物的机械能守恒,依据是v2-h图像是一条斜率k=2g的倾斜直线. 3.(1)乙方案中摩擦力较大机械能不守恒 (2)左 (3) (4)A (5)BC [解析] (1)对比两种方案,甲方案好一些,不选择乙方案的理由是乙方案中摩擦力较大机械能不守恒. (2)物体下落过程中做加速运动,图 ... ...
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