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实验：验证机械能守恒定律1.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法,正确的是()A.重物质量的称量不准会造成较大误差B.重物质量选用得大些,有利于减小误差C.重物质量选用得较小些,有利于减小误差D.打点计时器选用电磁打点计时器比电火花计时器误差要小【解析】选B。为减小实验误差,重物应选质量大些的,且重物质量不需称量,A、C错,B正确;电磁打点计时器的振针与纸带间有摩擦,电火花计时器对纸带的阻力较小,故选用电磁打点计时器误差大些,D错误。2.(多选)在“验证机械能守恒定律”的实验中,要验证的是重物重力势能的减少量等于其动能的增加量,以下步骤仅是实验中的一部分,在这些步骤中多余或错误的有()A.用天平称出重物的质量B.把打点计时器固定到铁架台上,并用导线把它和低压交流电源连接起来C.把纸带的一端固定到重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔,把重物提升到一定高度D.接通电源,释放纸带E.用停表测出重物下落的时间【解析】选A、E。在“验证机械能守恒定律”的实验中,需验证重力势能减少量mgh和动能增加量12mv2之间的大小关系。若机械能守恒,则有mgh=12mv2,两边都有质量,可约去,即验证gh=12v2成立即可,无需用停表测量时间,因此E选项也多余,其余选项都需要,故应选A、E。3.在“验证机械能守恒定律”的实验中(1)不需测量或计算的物理量是()A.下落高度B.瞬时速度C.重物质量D.时间(2)由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上,使纸带通过时受到较大阻力,这样会导致实验结果mgh_12mv2(选填“”或“12mv2。答案:(1)C(2)4. 图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。回答下列问题:世纪金榜导学号35684095(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.刻度尺B.秒表C.012 V的直流电源D.012 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】(1)需要刻度尺来测量两点之间的距离,电磁打点计时器需用交流电源,故选A、D。(2)纸带与电磁打点计时器之间存在摩擦阻力;测量两点之间距离时的读数有误差;计算势能变化时,选取的两点距离过近;交变电流频率不稳定。(选取两个原因即可)答案:(1)A、D(2)见解析【补偿训练】利用图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:A.用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度v。B.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=2gh计算出瞬时速度v。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,测算出瞬时速度v,并通过h=v22g计算出高度h。D.用刻度尺测出物体下落的高度h,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v。以上方案中只有一种正确,正确的是_(填入相应的字母)。【解析】选D。在验证机械能守恒定律的实验中,物体下落的高度是用刻度尺测出;瞬时速度的测量则是采用匀变速直线运动的规律,根据纸带上某点的瞬时速度等于该点前后相邻两点间的平均速度进行计算得出的,故只有D方案符合要求。5.“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法。世纪金榜导学号35684096(1)若实验中所用的重锤质量m=1kg,打点纸带如图所示,打点时间间隔为0.02s,则记录B点时,重锤的速度vB=_,重锤动能EkB=_。从开始下落起至B点,重锤的重力势能减少量是_,因此可得出的结论是_。(g取9.8m/s2)(2)根据纸带算出相关各点速度v,量出下落距离h,则以v22为纵轴,以h为横轴画出的图线应是图中的()【解析】(1)重锤的速度vB=AC2T=(31.4-7.8)10-320.02m/s=0.59 m/s重锤的动能EkB=12mvB2=1210.592J=0.174 J,重锤的势能减少量EpB=mgOB=19.817.610-3J0.172 J在实验误差允许的范围内,重锤动能的增加量约等于重锤重力势能的减少量。(2)由12mv2=mgh,得12v2=gh所以v22-h的图象应是一条过原点的倾斜的直线,直线斜率等于g,故C图正确。答案:(1)0.59m/s0.174 J0.172 J在实验误差允许的范围内,重锤动能的增加量约等于重锤重力势能的减少量(2)C6.在验证机械能守恒定律的实验中,已知打点计时器打点间隔为T,某一组同学得到了一条如图所示的纸带,在填写实验报告时,甲、乙两个同学选择了不同的数据处理方法:甲同学测出了C点到第一点O的距离hOC,利用vC2=2ghOC计算得到了C点的速度,然后验证mghOC与12mvC2相等。乙同学测出了A、B、C、D各点到第一点O的距离hOA、hOB、hOC、hOD,利用vB=hOC-hOA2T,vC=hOD-hOB2T计算B、C点的速度,然后验证了mg(hOC-hOB)与12mvC2-12mvB2是否相等。请你对甲乙两位同学的做法逐一分析,不合理之处提出完善方法。【解析】本题主要考查学生对验证机械能守恒定律实验原理的理解。甲同学选择从O到C段验证机械能守恒,计算C点的速度用vC2=2ghOC,犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。计算vC可以选择vC=hOD-hOB2T。乙同学选择了从B到C段验证机械能守恒,由于B、C较近可造成误差偏大,可选择BD段相对较为合适。答案:见解析
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