1.(2014·兰州一中模拟)在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知电磁打点计时器所用的电源的频率为50 Hz,查得当地的重力加速度g=9.80 m/s2,测得所用的重物质量为1.00 kg.

实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图5-6-6所示),把第一个点记为O,另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点,经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.

图5-6-6

(1)根据以上数据,可知重物由O点运动到C点,重力势能的减少量等于________J,动能的增加量等于________J(取三位有效数字).

(2)根据以上数据,可知重物下落时的实际加速度a=________m/s2,a________g(填“大于”或“小于”),原因是__________________________________.

[解析] (1)由题意知重物由O点运动至C点,下落的高度为hC=77.76 cm=0.777 6 m,m=1.00 kg,g=9.80 m/s2,所以重力势能的减少量为ΔEp=mghC=1.00×9.80×0.777 6 J=7.62 J.

重物经过C点时的速度vC==

又因为T=0.02 s、OD=85.73 cm=0.857 3 m、

OB=70.18 cm=0.701 8 m

所以vC= m/s=3.89 m/s

故重物动能的增加量ΔEk为

ΔEk=mv=×1.00×3.892 J=7.57 J.

(2)根据CD-AB=2aT2,CD=OD-OC,AB=OB-OA,代入数据得a=9.75 m/s2<g.

实验中重物受空气阻力,纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力作用,导致a<g.

[答案] (1)7.62 7.57 (2)9.75 小于 重物受空气阻力,纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力

2.偶然误差:本实验的另一误差来源于长度的测量,属于偶然误差.减小误差的方法是测量物体的下落距离时,所选的距离尽可能大一些,或者多次测量取平均值.

 

 

 

 

 

 


实验数据的处理及误差分析

 (2014·黄冈模拟)某实验小组利用图5-6-3甲装置做“验证机械能守恒定律”实验,图乙是她们选择的一条较理想的纸带,O点是打点计时器打出的第一个点,计数点A、B、C、D、E、F是纸带上相邻的点.她们测出了各点与O点的距离h后做出了必要的计算,测量和计算的记录见下表(计数点的速度用v表示)

甲      乙

                                 图5-6-3

计数点
A
B
C
D
E
F
h(cm)
6.93
9.47
12.4
15.71
19.41
23.49
v(m/s)
1.16
1.37
1.56
1.75
1.95
2.14
v2(m2/s2)
1.35
1.88
2.43
3.06
4.05
4.58

(1)测量某点与O点距离h的记录中不合理的一组是________(填写计数点名称)

(2)计数点D、E、F与O点之间的距离分别用hD、hE、hF表示,打点计时器的打点周期用T表示,则打下计数点E时纸带的速度vE=________(用符号表示),重物运动的加速度a=________(用符号表示)

图5-6-4

(3)该小组的同学在坐标纸上建立如图5-6-4所示坐标系,标出了各组测量数据的坐标点,并在坐标系中画出v2-h图线.由图线可以判断计数点________的测量误差较大(填写计数点名称),据图线得到重力加速度g测________m/s2(保留三位有效数字)

(4)(多选)下列判断中正确的是( )

A.在误差允许的范围内,该实验小组达到了实验目的

B.该地的重力加速度比g测偏大

C.她们实验操作过程中是先释放纸带然后再闭合打点计时器开关

D.实验过程中阻力引起的误差属于系统误差

[解析] (1)计数点C(12.4)数据记录有误,没有估读.(2)因匀变速直线运动中某段时间的平均速度等于中间时刻的瞬时速度;故vE==,据Δx=aT2用逐差法可求解加速度.a===.(3)偏离直线较远的点E误差较大;

 由mgh=mv2可知g=,即图线的斜率的一半表示重力加速度g=·= m/s2=9.74 m/s2.(4)应该先接通打点计时器电源再释放纸带,C错.由于v2-h图线是过原点的一条直线,说明mgh=mv2成立.即达到了实验目的,A对.

因有阻力存在,则g测偏小,B对.阻力不可避免,带来的误差属于系统误差,D对.

[答案] (1)C (2),

(3)E点 9.70~9.78 m/s2 (4)ABD

 


与机械能守恒有关的创新设计

 (2014·西安模拟)某同学想测出济南当地的重力加速度g,并验证机械能守恒定律.为了减小误差,他设计了一个实验如下:将一根长直铝棒用细线悬挂在空中(如图5-6-5甲所示),在靠近铝棒下端的一侧固定电动机M,使电动机转轴处于竖直方向,在转轴上水平固定一支特制笔N,借助转动时的现象,将墨汁甩出形成一条细线.调整笔的位置,使墨汁在棒上能清晰地留下墨线.

启动电动机待转速稳定后,用火烧断悬线,让铝棒自由下落,笔在铝棒上相应位置留下墨线.

 甲   乙    丙

图5-6-5

图乙是实验时在铝棒上所留下的墨线,将某条合适的墨线A作为起始线,此后每隔4条墨线取一条计数墨线,分别记作B、C、D、E.将最小刻度为毫米的刻度尺的零刻度线对准A,此时B、C、D、E对应的刻度依次为14.68 cm,39.15 cm,73.41 cm,117.46 cm.

已知电动机的转速为3 000 r/min.求:

(1)相邻的两条计数墨线对应的时间间隔为________s.

(2)由实验测得济南当地的重力加速度为________m/s2.(结果保留三位有效数字)

(3)该同学计算出划各条墨线时的速度v,以为纵轴,以各条墨线到墨线A的距离h为横轴,描点连线,得出了如图丙所示的图象,据此图象________(填“能”或“不能”)验证机械能守恒定律,图线不过原点的原因是____________________.

[解析] (1)由于电动机的转速为3 000 r/min,则其频率为50 Hz,故每隔0.02 s特制笔N便在铝棒上画一条墨线,又每隔4条墨线取一条计数墨线,故相邻计数墨线间的时间是0.1 s.

(2)应用匀变速直线运动的推论Δx=aT2结合逐差法可得加速度为9.79 m/s2.

(3)铝棒下落过程中,只有重力做功,重力势能的减小等于动能的增加,即mgh=mv2,故图丙能验证机械能守恒定律;图线不过原点是因为起始计数墨线A对应的速度不为0.

[答案] (1)0.1 (2)9.79 (3)能 A对应的速度不为零

 

 

 

 

A组 双基题组

 0  117653  117661  117667  117671  117677  117679  117683  117689  117691  117697  117703  117707  117709  117713  117719  117721  117727  117731  117733  117737  117739  117743  117745  117747  117748  117749  117751  117752  117753  117755  117757  117761  117763  117767  117769  117773  117779  117781  117787  117791  117793  117797  117803  117809  117811  117817  117821  117823  117829  117833  117839  117847  447090 

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