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- 2021-05-25 发布
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7.9 实验:验证机械能守恒定律
建议用时 实际用时 满分 实际得分
45 分钟 100 分
一、实验原理及步骤 (第 1 题 10 分,第 2 题 18 分,
共 28 分)
1. 用如图 1 所示的实验装置验证机械
能守恒定律 . 实验所用的电源为
学生电源,输出电压为6 V的交流电
和直流电两种 . 重锤从高处
由静止开始落下, 重锤上拖着
的纸带通过打点计时器打出一
系列的点, 对纸带上点的痕迹进
行测量, 即可验证机械能守恒定 图 1
律.
(1)下面列举了该实验的几个操作步骤:
A. 按照图示的装置安装器件;
B. 将打点计时器接到电源的直流输出端上;
C. 用天平测量出重锤的质量;
D.释放悬挂纸带的夹子, 同时接通电源开关打出一
条纸带;
E. 测量打出的纸带上某些点之间的距离;
F. 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重
力势能是否等于增加的动能 .
指出其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤, 将
其对应的字母填在下面的横线上,并说明原因
.
2. 图 2 中甲、乙两图都是用来 “验证机械能守恒定律”
的装置示意图,已知该打点计时器的打点频率为
50
Hz.
3、4、5 经测量,第 1、2 两点间的距离小于 . 对
此小张和小李两位同学展开了讨论 . 小张同学认为:
由自由落体运动可知, 纸带若由静止开始下落,
则 1、2 两点间的距离应接近 , 这样的纸带不能进行实
验 数据的 处理;小李同学认为:纸带上 1、2 两
点间的距离没有接近是因为打第 1 个点时纸带速度
不为 0,所以不要从第 1 个点开始计算,我们必须从
后面的计数点中取点算出速度与高度来验证
守恒定律 . 两人的观点是否正确?
;纸带上 1、2 两点间的距离远小于的主要
原因是: .
(3)如果以为纵轴, 以为横轴, 根据实验数据绘出
- 图线是 ,该线的斜率是 .
二、纸带选择的技巧 (本题 12 分)
3. 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验
中:
(1)打点计时器所接交流电的频率为 50 Hz ,甲、
乙两条实验纸带如图 3 所示,应选 纸带好 .
(2)若通过测量纸带上某两点间距离来计算某时刻
的瞬时速度,进而验证机械能守恒定律 . 现已测得
2、4 两点间距离为, 0、3 两点间距离为,打点周
期为,为了验证 0、3 两点间机械能守恒,则和应满
足的关系为 .
三、求瞬时速度图的3方法 (本题 10 分) 图 4
图 2
(1)甲、乙两图相比较, 图所示的装置较
好,简单说明原因: .
(2)丙图是采用较好的装置并按正确的实验步骤进
行实验打出的一条纸带,其中 O点为打出的第 1
个点,标为 1,后面依次打下的一系列点分别为 2、
4. 利用图 4 所示装置进行验证机械能守恒定律的实验
时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时 的
瞬时速度和下落高度 . 某班同学利用实验得到的
纸带,设计了以下四种测量方案:
a. 用刻度尺测出物体下落的高度,并测出下落时
间,通过计算出瞬时速度 .
b. 用刻度尺测出物体下落的高度, 并通过公式 计
算出瞬时速度 .
c. 根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速
度,等于这点前后相邻两点间的平均速度, 测算出
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瞬时速度,并通过计算出高度 .
d. 用刻度尺测出物体下落的高度, 根据做匀变速直
线运动时纸带上某点的瞬时速度, 等于这点前后相
邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度 .
以上方案中只有一种正确, 正确的是 (填入
相应的字母) .
四、实验数据的处理 (本题 28 分)
5. 现要通过实验验 证机械能守恒定律 . 实验装置如图
5 所示: 水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨; 导
轨上点处有一带长方形遮光片的滑块,
其总质量为, 左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与
一质量为的砝码相连;遮光片两条长边与导轨垂
直;导轨上的点有一光电门, 可以测量图遮光5 片经过
光电门时的挡光时间 . 用表示点到导轨底端点的距离,
表示与的高度差, 表示遮光片的宽度, 表示两
点间的距离, 将遮光片通过光电门的平均速度看做滑
块通过点时的瞬时速
度. 用表示重力加速度 .
完成下列填空和作图:
(1) 若将滑块自点由静
止释放,则在滑块从运
动至的过程中, 滑块、 遮光片与砝码组成的系统重
力势能的减小量可表示为 ,动能的增加量可
表示为 . 若在运动过程中机械能守恒,与的
关系式为 .
(2) 多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一
点(点) 下滑, 测量相 应的与值 . 结果如下表所示:
以为横坐标, 为纵坐标, 在坐标纸上描出第 1 个和
第 5 个数据点;根据 5 个数据点作直线,求得该直
线的斜率 ( 保留 3 位有效数字 ).
由测得的和数值可以计算出 - 直线的斜率,将和进
行比较, 若其差值在误差允许的范围内, 则可认为
此实验验证了机械能守恒定律 .
五、实验设计 (本题 22 分)
6. 某同学利用如图 6 所示的实验装置验证机械能守
恒定律 . 弧形轨道末端水平, 离地面的高度为 . 将钢
球从轨道的不同高度处由静止释放, 钢球的落点距
请在坐标纸上作出 - 关系
图.
(3)对比实验结果与理论计算得到的 - 关系图 线
(图中已画出) ,自同一高度静止释放的钢球, 水
平抛出的速率 (填“小于”或“大于”)理
论值 .
(4)从 - 关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率
差十分显著,你认为造成上述偏差的可能原因
是 .
轨道末端的水平距离为 . 图 6
(1)若轨道完全光滑,与的理论关系应满足
. (用表示)
(2)该同学经实验测量得到一组数据, 如下表所示:
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