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9 实验：验证机械能守恒定律,注意事项 1打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力 2重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料 3一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落,误差分析 1测量误差：减小测量误差的办法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值,【例1】 用如图791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物从高处由静止开始下落，重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即能验证机械能守恒定律,实验原理与操作,图791,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材； B将打点计时器接到电源的直流输出端上； C用天平测量出重物的质量； 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物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的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上，并说明其原因： _. 解析 步骤B是错误的，应该接到电源的交流输出端；步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；步骤C不必要，因为根据测量原理，重物的动能和势能中都包含了质量m，可以约去 答案 BCD 原因见解析,【例2】 某同学做“验证机械能守恒定律”实验时不慎将一条选择好的纸带的前面一部分破坏了，测出剩下的一段纸带上的各个点间的距离如图792所示已知打点计时器的工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.则：,数据处理及误差分析,图792,(1)利用这段纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒； (2)分别说明为什么得到的结果是重力势能的减少量稍大于重锤动能的增加量,(2)由以上处理过程可以看出，瞬时速度v2和v5的计算是准确的，即Ek是准确的而重锤下落过程中不可避免地要克服阻力做功，从而减少一部分能量重锤重力势能减少量中一部分用来克服阻力做功，另一部分用来增加重锤的动能，即有EpEkW，所以总有EpEk. 答案 见解析,【例3】 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图793所示,拓展创新实验,图793,(1)实验步骤： 将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平 用游标卡尺测出挡光条的宽度l9.30 mm. 由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s_cm. 将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2. 从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间t1和t2. 用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.,(2)用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式 滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为v1_和v2_. 当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1_和Ek2_. 在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量Ep_(重力加速度为g) (3)如果Ep_，则可认为验证了机械能守恒定律,在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量Epmgs. (3)如果在误差允许的范围内EpEk2Ek1，则可认为验证了机械能守恒定律,1关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是 ( ) A实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越小，误差就越小 B称出重锤的质量 C纸带上第1、2两点间距若不接近2 mm，则无论怎样处理实验数据，实验误差一定较大 D处理打完点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法,答案 D,2如图794是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带有关尺寸在图中已注明我们选中n点来验证机械能守恒定律下面举一些计算n点速度的方法，其中正确的是 ( ),图794,解析 vn应表示从(n1)到(n1)间的实际速度C、D对，A、B错 答案 CD,3图795为验证机械能守恒定律的实验装置示意图现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平回答下列问题：,图795,(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_(填入正确选项前的字母) A米尺 B秒表 C012 V的直流电源 D012 V的交流电源 (2)实验中误差产生的原因有_(写出两个原因) 解析 打点计时器需接交流电源；需要用米尺测量纸带上打出的点之间的距离 答案 (1)AD (2)纸带与打点计时器之间有摩擦 用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差 计算势能变化时，选取始末两点距离过近 交流电频率不稳定,4利用图796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v和下落高度h，某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案,图796,以上方案中只有一种最合理，最合理的是_。(填入上述相应的字母) 要使该实验误差尽量小，下述注意点正确的是_(填入下述相应的字母) a使重锤的质量越大越好，但悬挂时不能拉断纸带 b选用电火花计时器比电磁打点计时器更好，可减小阻力影响 c测长度时保持纸带悬挂状态，刻度尺的读数更准确 d纸带上留下的点越大越好 e纸带长一点更好,解析 A、B、C中用匀变速直线运动公式求v及h，这样得到的v、h不是实验直接测量数据，不能达到验证机械能守恒定律的目的纸带太长，会增大阻力 答案 D ab,5在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50 Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各点位置对应刻度尺上的读数如图797所示，(图中O是打点计时器打的第一个点，A、B、C、D是间隔一段所取的点，图中单位为厘米)，根据实验并结合纸带回答以下问题：(g取9.8 m/s2) 图797,(1)现有器材是：电磁打点计时器；低压交流电源；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_； (2)实验时，释放纸带与接通电源的合理顺序是_； (3)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_mm并且点迹清晰的纸带进行测量 (4)若重物的质量为m kg，则重物下落到B点时，减少的重力势能为_； (5)若重物的质量为m kg，则重物下落到B点时，重物的动能为_； (6)由纸带计算重物下落的加速度为_；注：(4)、(5)、(6)三题小数点后面保留两位小数,解析 (1)实验中，不需测量重物的质量，所以不需要的器材是天平 (2)实验中应先接通电源，后释放纸带 (3)若释放纸带时恰好打点，纸带上一、二两点间的距离,答案 (1)天平 (2)先接通电源，后释放纸带 (3)2 (4)6.88m J (5)6.85m J (6)9.63 m/s2,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,
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