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1、7.9 实验：验证机械能守恒定律课时自测基础达标1.在进行“验证机械能守恒定律”的实验中,两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所示的装置,采用两种不同的实验方案进行实验。(1)在图甲中,下落物体应选择密度_(选填“大”或“小”)的重物;在图乙中,两个重物的质量关系是m1_m2(选填“”“=”“m2。(2)两重物质量不等,分析系统损失的重力势能是否近似等于增加的动能时,两边质量不能约去,故需要天平测量两重物的质量。(3)题图乙中所示实验还受到细线与滑轮的阻力的影响,机械能损失较大,故题图甲所示实验方案较为合理。答案:(1)大(2)天平(3)甲图乙中还受到细线与滑轮的阻力的影响2.某同学用图甲所示的
2、实验装置验证机械能守恒定律。已知打点计时器所用电源的频率为 50 Hz,当地重力加速度大小为g=9.80 m/s2。实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示。纸带上的第一个点记为O,另选连续的三个点A、B、C进行测量,图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值。回答下列问题(计算结果保留3位有效数字):(1)打点计时器打B点时,重物速度的大小vB=_ m/s。(2)通过分析该同学测量的实验数据,他的实验结果是否验证了机械能守恒定律?简要说明分析的依据。【解析】(1)由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度可知vB=,由电源频率为50 Hz可知T=0.02 s,代入数据可
3、解得vB=3.90 m/s。(2)本实验是利用自由落体运动验证机械能守恒定律,只要在误差允许范围内,重物重力势能的减少等于其动能的增加,即可验证机械能守恒定律。选B点分析,由于12mvB27.61m,mghB=7.70m,故在误差允许范围内该同学的实验结果验证了机械能守恒定律。答案:(1)3.90(2)见解析3.某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中,提出了如图所示的甲、乙两种方案:甲方案为用自由落体运动进行实验,乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验。(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析,最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案,你认为该小组选择的方案是_,理由是_。(2)若该小组采
4、用图甲的装置打出了一条纸带如图所示,相邻两点之间的时间间隔为0.02 s,请根据纸带计算出B点的速度大小_m/s(结果保留三位有效数字)。(3)该小组内同学们根据纸带算出了相应点的速度,作出v2h图线如图所示,请根据图线计算出当地的重力加速度g=_m/s2(结果保留两位有效数字)。【解析】(1)甲,理由是:采用乙图实验时,由于小车和斜面间存在摩擦力的作用,且不能忽略,所以小车在下滑过程中机械能不守恒,故乙图不能用来验证机械能守恒定律。(2)vB=AC2T=1.37 m/s。(3)因为mgh=12mv2,所以v2=2gh,图线的斜率是2g,可得g=9.7 m/s2或g=9.8 m/s2。答案:(
5、1)甲采用乙图实验时,由于小车和斜面间存在摩擦力的作用,且不能忽略,所以小车在下滑过程中机械能不守恒,故乙图不能用来验证机械能守恒定律(2)1.37(3)9.7或9.8【补偿训练】在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中,使质量为m=1.00 kg的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,选取一条符合实验要求的纸带如图所示。O为第一个点,A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,当地的重力加速度为g=9.80 m/s2,那么:(1)根据图上所得的数据,应取图中O点到_点来验证机械能守恒定律。(2)从O点到(1)问中所取的点,重物重力势能的减少量Ep=_J,动能增加量Ek=_J(结果保留三位有效数字)。(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离,根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h,则以v22为纵轴,以h为横轴画出的图象是图中的_。【解析】(1)因计算B点的速度误差相对较小,故应取图中O点到B点来验证机械能守恒。(2)Ep=mghOB=1.009.800.1920 J1.88 J打B点的瞬时速度vB=hOC-hOA2T=1.92 m/s故Ek=12mvB2=121.00(1.92)2 J1.84 J(3)由机械能守恒定律可知mgh=12mv2,故有v22=gh,选项A正确。答案:(1)B (2)1.881.84 (3)A4
