第第5讲实验六六 验证机械能守恒定律机械能守恒定律验证机械能守恒定律1在在只只有有重重力力做做功功的的自自由由落落体体运运动中中，物物体体的的重重力力势能能和和动能能互互相相转化化，但但总的的机机械械能能保保持持不不变若若物物体体某某时刻刻瞬瞬时速速度度为v，下下落落高高度度为h，则重重力力势能能的的减减少少量量为mgh，动能能的的增增加加量量为 mv2，看看它它们在在实验误差差允允许的的范范围内是否相等，若相等内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律了机械能守恒定律铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)1按右图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路2打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落更换纸带重复做35次实验3选纸带：分两种情况说明(1)应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选相对性， 处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用4数据处理：在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3利用公式vn计算出点1、点2、点3的瞬时速度v1、v2、v31安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力2重物应选用质量大、体积小、密度大的材料3应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落4纸带长度应选用60 cm左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量关于验证机械能守恒定律实验，下面列出一些实验步骤：A用天平称出重物和夹子的质量B将重物系在夹子上C将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系有重物的夹子上，再把纸带向上拉，让夹子静止靠近打点计时器处D把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V(电源暂不接通)E把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上F在纸带上选取几个点，进行测量并记录数据G用秒表测出重物下落时间H接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带I切断电源J更换纸带，重新进行两次实验K在三条纸带中，选出较好的一条L进行计算，得出结论，完成实验报告M拆下导线，整理器材对于本实验以上步骤中，不必要的有_；正确步骤的合理顺序是_(填写代表字母)【解析】根据实验原理和操作步骤可知不必要的有A、G；正确步骤的合理顺序是E、D、B、C、H、I、J、K、F、L、M.【答案】AGEDBCHIJKFLM某实验小组利用如下图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？_.(2)如图乙所示(经放大后的)，游标卡尺测得遮光条的宽度d_cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t1.2102 s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为_m/s.在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、_和_(文字说明并用相应的字母表示)(3)本实验通过比较_和_在实验误差允许的范围内是否相等(用测量的物理量符号表示)，从而验证系统的机械能守恒【答案】(1)接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的(或取下钩码，轻推滑块，滑块基本能做匀速直线运动)(2)0.520.43滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离x滑块的质量M 1利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中，下面叙述正确的是()A应该用天平称出物体的质量B应该选用点迹清晰，特别是第一点没有拉成长条的纸带C操作时应在接通电源的同时放开纸带D打点计时器应接在电压为46 V的直流电源上【答案】B2某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是()A把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源B将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度C先释放纸带，再接通电源D更换纸带，重复实验，根据记录处理数据【解析】使用打点计时器的实验均需先通电且打点稳定时才能松纸带【答案】C3在“验证机械能守恒定律”的实验中(1)从下列器材中选出实验所必须的，其编号为_A打点计时器(包括纸带)B重物C天平 D毫米刻度尺E秒表 F运动小车(2)打点计时器的安装放置要求为_；开始打点计时的时候，应先_，然后_(3)实验中产生系统误差的原因主要是_，使重物获得的动能往往_为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择_(4)如果以 为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的 h图线是_，该线的斜率等于_【解析】(1)选出的器材有：打点计时器(包括纸带)，重物，毫米刻度尺，编号分别为：A、B、D.注意因mgh mv2，而m可约去，不需要用天平(2)打点计时器安装时，底板要竖直，这样才能使重物在自由落下时受到的阻力较小，开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再放下重物，让它带着纸带一同落下(3)产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器时的摩擦阻力，使得重物获得的动能小于它所减少的重力势能为减小误差，重物的质量应选大一些的(4)描绘出来的 h图线是一条通过坐标原点的倾斜直线，它的斜率即为重力加速度【答案】(1)ABD(2)底板要竖直接通电源释放重物 (3)纸带所受的摩擦力小于重力势能的减小量质量大的(4)通过坐标原点的倾斜直线重力加速度4如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1m2.现要利用此装置验证机械能守恒定律(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有_(在横线上填入选项前的编号)物块的质量m1、m2；物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；绳子的长度(2)为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：绳的质量要轻；在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；两个物块的质量之差要尽可能小以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_(在横线上填入选项前的编号)(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：_.【解析】(1)通过连结在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律即验证系统的势能变化与动能变化是否相等，A、B连结在一起，A下降的距离一定等于B上升的距离；A、B的速度大小总是相等的，故、只测其中之一即可，不需要测量绳子的长度(2)如果绳子质量不能忽略，则A、B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能，从而为验证机械能守恒定律带来误差；若物块摇摆，则两物块的速度有差别，为计算系统的动能带来误差；两个物块质量差较大时，摩擦阻力对实验测量所带来的误差影响就会越小，故无需减小两物块的质量差【答案】(1)或(2)(3)例如：“对同一高度进行多次测量取平均值”；“选取受力后相对伸长尽量小的绳”；等等5光电计时器是物理实验中经常用到的一种精密计时仪器，它由光电门和计时器两部分组成，光电门的一臂的内侧附有发光装置(发射激光的装置是激光二极管，发出的光束很细)，如下图中的A和A，另一臂的内侧附有接收激光的装置，如图中的B和B，当物体在它们之间通过时，二极管发出的激光被物体挡住，接收装置不能接收到激光信号，同时计时器就开始计时，直到挡光结束光电计时器停止计时，故此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间现有一小球从两光电门的正上方开始自由下落，如下图所示，(1)若要用这套装置来验证机械能守恒定律，则要测量的物理量有_(每个物理量均用文字和字母表示，如高度H)(2)验证机械能守恒定律的关系式为_【答案】(1)小球直径D、两光电门间的竖直高度H、小球通过上下两光电门的时间t1、t26一个同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系，进行了如下实验：在离地面高度为h的光滑水平桌面上，沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为m的一个小钢球接触当弹簧处于自然长度时，小钢球恰好在桌子边缘，如上图所示让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，使钢球沿水平方向射出桌面，小钢球在空中飞行后落在水平地面上，水平距离为x0.(1)小钢球离开桌面时的速度大小为v_，弹簧的弹性势能Ep与小钢球质量m、桌面离地面高度h、小钢球飞行的水平距离x0等物理量之间的关系式为Ep_.(2)弹簧的压缩量x与对应的钢球在空中飞行的水平距离x0的实验数据如下表所示：弹簧的簧的压缩量量x(cm)1.001.502.002.503.003.50小小钢球球飞行的行的水平距离水平距离x0(m)2.013.004.014.966.017.00由实验数据，可确定弹性势能Ep与弹簧的压缩量x的关系为.()(式中k为比例系数)AEpkx BEp CEpkx2 DEp