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1、实验五 验证机械能守恒定律1.(2018盐城中学模拟)用图甲所示装置验证机械能守恒定律时,所用交流电源的频率为50Hz,得到如图乙所示的纸带。选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E,测出A点距起点O的距离为s0=19.00cm,点A、C间的距离为s1=8.36cm,点C、E间的距离为s2=9.88cm,g取9.8m/s2,测得重物的质量为100g。 (1)(多选)下列做法正确的有 。 A.图甲中两限位孔必须在同一竖直线上B.实验前,手应提住纸带上端,并使纸带竖直C.实验时,先放手松开纸带再接通打点计时器电源
2、D.数据处理时,应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置(2)选取O、C两点为初末位置研究机械能守恒,重物减小的重力势能是 J,打下C点时重物的速度是 m/s。(结果保留三位有效数字) (3)实验中,重物减小的重力势能总是略大于增加的动能,写出一条产生这一现象的原因 。 答案 (1)AB (2)0.268 2.28 (3)重物受到空气阻力或纸带与打点计时器之间存在摩擦阻力解析 (1)为了减小纸带与限位孔之间的摩擦,题图甲中两限位孔必须在同一竖直线,A项正确;为了保证纸带在竖直方向做自由落体运动
3、,实验前,手应提住纸带上端,并使纸带竖直,B项正确;实验时,先接通打点计时器电源再放手松开纸带,故C项错误;为了减小测量数据h的相对误差,数据处理时,应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置,D项错误。(2)重物减少的重力势能为ΔEp=mgh=mg(s0+s1)=0.1kg×9.8m/s2×(19.00+8.36)×10-2m≈0.268JvC=s1+s24T=(8.36+9.88)×10-24×0.02m/s=2.28m/s(3)由于阻力的作用,重物减小的重力势能总是略大于增加的动能,这里的阻力主要来源于重物受到的空气阻
4、力和纸带与打点计时器之间的摩擦阻力。2.(2018淮阴中学模拟)某物理研究小组利用图甲装置验证机械能守恒定律,在铁架台上安装有一电磁铁(固定不动)和一光电门(可上下移动),电磁铁通电后将钢球吸住,然后断电,钢球自由下落,并通过光电门,计时装置可测出钢球通过光电门的时间。 (1)用10分度的游标卡尺测量钢球的直径,示数如图乙所示,可知钢球的直径d= cm。 (2)多次改变光电门的位置,测量出光电门到电磁铁下端O的距离为h(h≫d),并计算出钢球经过光电门时的速度v,若画出v2-h的图像是线性图线,则本实验最可能得到
5、的线性图是 。 (3)钢球通过光电门的平均速度 (选填“大于”或“小于”)钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差 (选填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小。 (4)若实验中得到v2与h成线性关系,能否说明钢球在下落过程中机械能守恒?为什么? 。 答案 (1)0.96 (2)A (3)小于 不能(4)不能,可能存在空气阻力做功而消耗部分机械能解析 (1)游标卡尺的主尺读数为0.9cm,游标尺上第6个刻度和主尺上某一刻度对齐,游标尺读数为0.1×6mm=0.
6、6mm,所以最终读数为0.96cm。(2)利用钢球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,故v=Dt,根据机械能守恒定律的表达式有mgh=12mv2,那么关于v2-h的图像应该是一条过原点的倾斜直线,故A正确,B、C、D错误。(3)根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻的速度,所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差不能通过增加实验次数减小。(4)实验中得到v2与h成线性关系,可能存在阻力做功向内能的转化,不能确定钢球在下落过程中机械能守恒。3.某同学利用透
7、明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律,实验的简易示意图如下,当有不透光的物体从光电门间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间。所用的光电门传感器可测得最短时间为0.01ms。将挡光效果好、宽度为d=3.8×10-3m的黑色磁带贴在透明直尺上,从一定高度由静止释放,并使其竖直通过光电门。某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间Δti与图中所示的高度差Δhi,并将部分数据进行了处理,结果如下表所示。(取g=9.8m/s2,注:表格中M为直尺质量)Δti(10-3s)vi=dΔt1ΔEki=12Mvi2-Δhi(m)MgΔh
8、i(m·s-1)12Mv1211.213.1421.153.300.52M0.060.59M31.003.802.24M0.232.25M40.954.003.10M0.323.14M50.904.00M0.41 (1)从表格中数据可知,直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi=dΔt1求出的,请你简
