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1、 1第七章第七章 机械能守恒定律机械能守恒定律第九节第九节 实验：验证机械能守恒定律实验：验证机械能守恒定律1在验证机械能守恒定律的实验中，有同学按以下步骤进行实在验证机械能守恒定律的实验中，有同学按以下步骤进行实验操作：验操作：A用天平称出重锤和夹子的质量用天平称出重锤和夹子的质量B固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器提住，且让手尽量靠近打点计时器C松开纸带，接通电源，开始打点并如此重复多次，以得松开纸带，接通电源，开始打点并如此重复多次，以得到几条打点纸带到几条打点纸带D取下纸带，挑选点迹清晰的纸
2、带，记下起始点取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点 O，在距离，在距离O 点较近处选择连续几个计数点点较近处选择连续几个计数点(或计时点或计时点)，并计算出各点的速度，并计算出各点的速度值值E测出各点到测出各点到 O 点的距离，即得到重锤下落的高度点的距离，即得到重锤下落的高度F计算出计算出 mghn和和 mv ，看两者是否相等，看两者是否相等1 1 2 22 2n n在以上步骤中，不必要的步骤是在以上步骤中，不必要的步骤是_；有错误或不妥的步；有错误或不妥的步骤是骤是_(填写代表字母填写代表字母)；更正情况是；更正情况是_，_，_，_解析：解析：本实验的目的是要验证机械能守恒定律，即比较
3、重锤在本实验的目的是要验证机械能守恒定律，即比较重锤在下落过程中重力势能的减少量下落过程中重力势能的减少量 Ep与动能的增加量与动能的增加量 Ek是否相等，是否相等，如果操作不当或错误，就会增大重锤和纸带所受阻力，导致机械能如果操作不当或错误，就会增大重锤和纸带所受阻力，导致机械能损耗过大，无法达到实验目的为了保证实验成功和减少机械能损损耗过大，无法达到实验目的为了保证实验成功和减少机械能损耗，在实验操作时应遵照注意事项，因此本题可对照实验注意事项耗，在实验操作时应遵照注意事项，因此本题可对照实验注意事项和围绕减小误差方面进行考虑和围绕减小误差方面进行考虑2因本实验是通过比较重力势能的减少量因
4、本实验是通过比较重力势能的减少量 Ep是否等于动能的增是否等于动能的增加量加量 Ek来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物不需要测出重物(含重锤和夹子含重锤和夹子)的质量，故步骤的质量，故步骤 A 是多余的是多余的有错误或不妥的步骤是有错误或不妥的步骤是 B、C、D、F.原因和更正办法分别是：原因和更正办法分别是：B 中中“让手尽量靠近让手尽量靠近”应改为应改为“让重锤尽量靠近打点计时器让重锤尽量靠近打点计时器” ，因打点计时器开始工作应从与重锤靠近的纸带开始打点，不致留下因打点计时器开始工作应从与重锤靠近的纸带开始打
5、点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约 40 cm 即可即可C 中应先接通电源，后松开纸带因为只有当打点计时器工作中应先接通电源，后松开纸带因为只有当打点计时器工作正常后再让重锤下落，才可保证打第一个点时重锤的初速度为零，正常后再让重锤下落，才可保证打第一个点时重锤的初速度为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点并且使纸带上的第一个点是清晰的小点D 中应将中应将“距离距离 O 点较近处点较近处”改为改为“距离距离 O 点较远处点较远处” ，因为，因为所取的各计数点应尽量是重锤自由下落运动的真实记录，而打点计所取的各计数点应尽量是重锤自由下落运动的真实记
6、录，而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态，同时开始时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态，同时开始的几个点比较密集，会增加长度测量的误差的几个点比较密集，会增加长度测量的误差F 中应改为中应改为“ghn和和 v ” ，因本实验中是通过比较重锤的重力，因本实验中是通过比较重锤的重力12 2 n势能减少量势能减少量 mghn和动能增加量和动能增加量 mv的大小来达到验证的目的，对的大小来达到验证的目的，对122 n于同一个研究对象于同一个研究对象(重锤重锤)来说，质量是一定的，故只需比较来说，质量是一定的，故只需比较 ghn和和v就能达到目的就能达到目的122 n答案
7、：答案：见解析见解析2某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有 220 Hz、30 Hz 和和40 Hz，打出纸带的一部分如图乙所示，打出纸带的一部分如图乙所示3图甲图甲图乙图乙该同学在实验中没有记录交流电的频率该同学在实验中没有记录交流电的频率 f，需要用实验数据和其，需要用实验数据和其他条件进行推算他条件进行推算(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用 f 和图乙中给和图乙中给出的物理量可以写出：在
8、打点计时器打出出的物理量可以写出：在打点计时器打出 B 点时，重物下落的速度点时，重物下落的速度大小为大小为_，打出，打出 C 点时重物下落的速度大小为点时重物下落的速度大小为_，重，重物下落的加速度大小为物下落的加速度大小为_(2)已测得已测得 x18.89 cm，x29.50 cm，x310.10 cm；当重力加；当重力加速度大小为速度大小为 9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的的 1%.由此推算出由此推算出 f 为为_Hz.解析：解析：(1)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的
9、瞬时速度可得可得 vB；vC；由速度公；由速度公x1x22T（ （x1x2） ）f2x2x32T（ （x2x3） ）f2式式 vCvBaT 可得可得 a.（ （x3x1） ）f22(2)由牛顿第二定律，可得由牛顿第二定律，可得 mg0.01mgma，所以，所以 a0.99g，结合结合(1)解出的加速度表达式，代入数据，可得解出的加速度表达式，代入数据，可得 f40 Hz.4答案：答案：(1) (2)40（ （x1 1x2 2） ）f2（ （x2 2x3 3） ）f2（ （x3 3x1 1） ）f2 22 23某同学利用如图所示装置验证机械能守恒定律某同学利用如图所示装置验证机械能守恒定律. 圆
10、弧轨道竖圆弧轨道竖1 1 4 4直放置，轨道边缘标有表示圆心角的刻度，轨道最低点装有压力传直放置，轨道边缘标有表示圆心角的刻度，轨道最低点装有压力传感器现将小球置于轨道上感器现将小球置于轨道上 刻度处由静止释放，当其通过最低位刻度处由静止释放，当其通过最低位置时，读出压力传感器的示数置时，读出压力传感器的示数 F.已知当地重力加速度为已知当地重力加速度为 g.(1)为验证小球在沿轨道下滑过程中机械能守恒，实验中还必须为验证小球在沿轨道下滑过程中机械能守恒，实验中还必须测量的物理量有测量的物理量有_；A轨道的半径轨道的半径 RB小球的质量小球的质量 mC每次小球释放点离地面的高度每次小球释放点离
11、地面的高度 hD每次小球在轨道上运动的时间每次小球在轨道上运动的时间 t(2)根据实验测得的物理量，写出小球在运动过程中机械能守恒根据实验测得的物理量，写出小球在运动过程中机械能守恒应满足的关系式为应满足的关系式为 F_；(3)写出一条提高实验精确度的建议写出一条提高实验精确度的建议_解析：解析：(1)小球沿轨道下滑过程中，只有重力做功，重力势能转小球沿轨道下滑过程中，只有重力做功，重力势能转化为小球的动能，据机械能守恒定律，得化为小球的动能，据机械能守恒定律，得mgR(1sin ) mv2，12在轨道最低位置处，据牛顿第二定律，得在轨道最低位置处，据牛顿第二定律，得Fmgm，v2R5联立联立
12、式，可得式，可得 mgR(1sin ) R(Fmg)，12整理得整理得 mg(1sin ) (Fmg)，12由上式可知，要验证小球沿轨道下滑过程中机械能是否守恒，由上式可知，要验证小球沿轨道下滑过程中机械能是否守恒，实验中还必须测量小球的质量，故实验中还必须测量小球的质量，故 B 正确，正确，A、C、D 错误错误(2)由由(1)问中问中式，可得式，可得 F3mg2mgsin .(3)为提高实验精确度，可以多次测量取平均值，或者是减小空为提高实验精确度，可以多次测量取平均值，或者是减小空气阻力的影响气阻力的影响(减小小球体积或增大其密度等减小小球体积或增大其密度等)答案：答案：(1)B (2)3mg2mgsin (3)多次测量取平均值多次测量取平均值(其他答其他答案合理即可案合理即可)
