题目内容

（1）《验证机械能守恒定律》，现有器材是：打点计时器；低压电源；纸带；带夹子的重物；刻度尺；天平；导线；铁架台．其中该实验不需要的器材是
天平
天平
．
（2）实验中，要从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近
2
2
mm并且点迹清晰的纸带进行测量．
（3）如图为实验中纸带上记录的点，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度为g=9.80m/s2，重锤的质量为0.30kg，根据实验数据，可知重物由O运动到B点重力势能减少
1.36
1.36
J，动能增加
1.33
1.33
J（取三位有效数字）．

（4）从计算结果可以看出，重物增加的动能
小于
小于
（填大于、等于或小于）它减少的重力势能，其主要原因是
由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功
由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功
．
分析：根据实验原理可知，该实验不需要测量物体质量，因此不需要天平．
纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度，从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．
解答：解：（1）根据重物下落过程中机械能守恒的表达式可知，物体的质量可以约掉，因此本实验中不需要天平，
（2）用公式
1
2
mv2=mgh时，对纸带上起点的要求是重锤是从初速度为零开始，
打点计时器的打点频率为50 Hz，打点周期为0.02 s，重物开始下落后，在第一个打点周期内重物下落的高度所以所选的纸带最初两点间的距离接近2mm，h=
1
2
gT2=×9.8×0.022 m≈2 mm．
（3）从开始下落至B点，重锤的重力势能减少量△Ep=mgh=0.3×9.8×0.4610J=1.36J．
利用匀变速直线运动的推论：
vB=
 xAC
tAC
=
xOC-xOA
2×0.02
=
0.522-0.403
0.04
m/s=2.975m/s，
重锤的动能EKB=
1
2
mvB2=
1
2
×0.3×2.9752J=1.33J
（4）计算结果可以看出，重物增加的动能小于它减少的重力势能，主要原因是：重物和纸带下落过程中要克服阻力做功．
故答案为：（1）天平；（2）2；（3）1.36；1.33；（4）小于；由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功．
点评：运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题．
要注意单位的换算，并知道减小的重力势能大于增加的动能的原因．
书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．
练习册系列答案
相关题目
气垫导轨可以在导轨和滑块之间形成一薄层空气膜，使滑块和导轨间的摩擦几乎为零，如图1所示，让滑块从气垫导轨是某一高度下滑，滑块上的遮光片的宽度为△s，当遮光片通过电门时与光电门相连的数字毫秒器显示遮光时间为△t，则庶光片通过光电门的平均速度为v=
△s
△t

（1）关于这个平均速度，有如下讨论：
A．这个平均速度不能作为实验中遮光片通过光电门时滑块的瞬时速度
B．理论上，遮光片宽度越窄，遮光片通过光电门的平均越接近瞬时速度
C．实验中所选遮光片并非越窄越好，还应考虑测量时间的精确度，遮光片太窄，时间测量精度就会降低，所测瞬时速度反而不准确
D．实验中，所选遮光片越宽越好，这样时间的测量较准，得到的瞬时速度将比较准确，这些讨论中，正确的是：；
（2）利用这一装置可验证机械能守桓定律，如图2．滑块和遮光片总质量记为M（kg），若测出气垫导轨总长L0、遮光片的宽度△s，气垫导轨两端到桌面的高度差h、滑块从由静止释放到经过光时门时下滑的距离L和遮光时间△t，这一过程中：滑块减少的重力势能的表达式为：，滑块获得的动能表达式为：
1
2
M(
△s
△t
)2
1
2
M(
△s
△t
)2
；
（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器以及复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、电键，刻度尺，其中不必要的器材是
低压直流电源、天平、秒表
低压直流电源、天平、秒表
，缺少的器材是
低压交流电源、重锤
低压交流电源、重锤
．
（2）验证机械能守恒亦可用如图甲所示装置，用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动，使之替代打点计时器．当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号，如图6乙所示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动．测得记号之间的距离依次为26.0mm、42.0mm、58.0mm、74.0mm、90.0mm、106.0mm，已知电动机铭牌上标有“1440r/min”字样，由此验证机械能守衡．根据以上内容．回答下列问题：
①毛笔画相邻两条线的时间间隔T=
1
24
1
24
s，图乙中的圆柱棒的
左
左
端是悬挂端（填左或右）．
②根据乙所给的数据，可知毛笔画下记号C时，圆柱棒下落的速度vc=
1.2
1.2
m/s；画下记号D时，圆柱棒下落的速度vD=
1.6
1.6
m/s；记号C、D之间棒的动能的变化量为
0.52
0.52
J，重力势能的变化量
0.57
0.57
J（g=9.8m/s2）．由此可得出的结论是
在误差允许范围内圆柱下落过程中机械能守恒
在误差允许范围内圆柱下落过程中机械能守恒
．（计算结果保留2位有效数字）
（2010?成都二模）（1）在验证“机械能守恒定率”的试验中：
①下面叙述正确的是
AB
AB
（填序号字母）
A．选用的重物的体积应当小一些
B．操作时应先通电再释放纸带
C．应该选用点迹清晰，且第一、二两点间的距离接近2mm的纸带进行分析
D．电磁打点计时器都应接在电压为20V的交流电源上
②实验室有下列器材可供选用：铁架台，电磁打点计时器（包括复写纸），纸带，停表，低压交流电源（带开关），导线，天平，刻度尺．
其中不必要的器材有
停表，天平
停表，天平
；缺少的器材是
重物
重物
．
（2）某同学想测某个电阻的电阻值Rx（约为130Ω），为此他找来下列器材：
A．电流E：电动势约为1.5V，内阻可忽略不计
B．电流表A1：量程为0～10mA，内电阻r1=10Ω
C．电流表A2：量程为0～20mA电阻r2约为5Ω
D．定值电阻R0：阻值R0=90Ω
E．滑动变阻器R1：最大阻值为20Ω
F．滑动变阻器R2：最大阻值为1000Ω
G．单刀单掷开关S，导线若干
①该同学的设计思路是：先将其中一只电流表改装成电压表，然后利用伏安法测出Rx．为了尽量准确的测出Rx的阻值，请你根据找到的器材和该同学的设计思路，在虚线框内画出实验电路图，并标出器材符号．
②你所选用的滑动变阻器是
R1
R1
（填器材序号字母或器材符号）．
③若某次测量中电流表A1的示数为I1，电流表A2的示数为I2，则Rx的表达式为：Rx=
I1(R0+r1)
I2-I1
I1(R0+r1)
I2-I1
．
精英家教网气垫导轨可以在导轨和滑块之间形成一薄层空气膜，使滑块和导轨间的摩擦几乎为零，如图所示，让滑块从气垫导轨的某一高度下滑，滑块上的遮光片的宽度为△s，当遮光片通过电门时与光电门相连的数字毫秒器显示遮光时间为△t，则遮光片通过光电门的平均速度为v=
△s△t

（1）关于这个平均速度，有如下讨论：
A．这个平均速度不能作为实验中遮光片通过光电门时滑块的瞬时速度
B．理论上，遮光片宽度越窄，遮光片通过光电门的平均越接近瞬时速度
C．实验中所选遮光片并非越窄越好，还应考虑测量时间的精确度，遮光片太窄，时间测量精度就会降低，所测瞬时速度反而不准确
D．实验中，所选遮光片越宽越好，这样时间的测量较准，得到的瞬时速度将比较准确．
这些讨论中，正确的是：
 
；
（2）利用这一装置可验证机械能守桓定律．滑块和遮光片总质量记为M（kg），若测出气垫导轨总长L0、遮光片的宽度△s，气垫导轨两端到桌面的高度差h、滑块从由静止释放到经过光时门时下滑的距离L和遮光时间△t，这一过程中滑块减少的重力势能的表达式为：
 
，滑块获得的动能表达式为：
 
．

用如图实验装置验证、组成的系统机械能守恒：从高处由静止开始下落，上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守 恒定律．下图给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示．已知=50g、=150g，打点频率为50Hz.(已知当地的重力加速度g=10.00m/s2，结果保留两位有效数字)，则

(1)在纸带上打下计数点5时的速度____________m/s；

(2)在0—5过程中系统动能的增量△Ek=_____________J，系统势能的减少量△Ep=__________J；由此得出的结论是：_________________________________________.

 

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