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实验七验证机械能守恒定律
【必备知识·自主排查】
原理装置图
操作要领
1.安装:打点计时器竖直安装;纸带沿竖直方向拉直.
2.重物:选密度大、质量大的金属块,且靠近计时器处释放.
3.打纸带:让重物自由下落,纸带上打下一系列小点.
4.选纸带:点迹清晰,且所选用的点在同一条直线上.
5.速度:应用vn=hn+1-hn-12T,不能用vn=2gh
1.数据处理
(1)方案一:利用起始点和第n点计算:验证ghn=12
(2)方案二:任取较远两点A、B:验证ghAB=12
(3)方案三:图像法,描绘出12v2-h图线
2.结论
在实验误差允许的范围内,自由落体运动过程机械能守恒.
(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、体积小的物体.
(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.
(4)测长度,算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用vn=hn+1-hn-12T,不能用vn=2ghn
(5)减小测量误差: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.
(6)误差来源:由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功,故动能的增加量ΔEk=12mvn2必定稍小于重力势能的减少量mghn,
【关键能力·分层突破】
考点一教材原型实验
例1[2021·浙江6月,17]在“验证机械能守恒定律”实验中,小王用如图1所示的装置,让重物从静止开始下落,打出一条清晰的纸带,其中的一部分如图2所示.O点是打下的第一个点,A、B、C和D为另外4个连续打下的点.
(1)为了减小实验误差,对体积和形状相同的重物,实验时选择密度大的理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)已知交流电频率为50Hz,重物质量为200g,当地重力加速度g=9.80m/s2,则从O点到C点,重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|=________J、C点的动能EkC=________J(计算结果均保留3位有效数字).比较EkC与|ΔEp|的大小,出现这一结果的原因可能是________.
A.工作电压偏高
B.存在空气阻力和摩擦力
C.接通电源前释放了纸带
【跟进训练】
1.“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示.
(1)甲同学按照正确的实验步骤操作后,选出一条纸带如图乙所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点.从纸带上A点开始每隔一个点取一个计数点,取得两个计数点B和C.该同学用刻度尺测得OA=9.62cm,OB=15.89cm,OC=23.64cm.已知打点计时器每0.02s打一个点,重物的质量为m=1.00kg,取g=9.80m/s2.在OB段运动过程中,重物重力势能的减少量ΔEp=________J,重物动能的增加量ΔEk=________J.(结果保留3位有效数字)
(2)乙同学利用该实验装置测定当地的重力加速度.打点计时器打出一条纸带后,他利用纸带测出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,以h为横轴,以12v2为纵轴画出了如图丙所示的图线.图线明显偏离原点,若测量和计算都没有问题,其原因可能是____________________________________________.测出图线的斜率为k,如果阻力不可忽略,则当地的重力加速度g________(填“大于”“等于”或“小于”)k
考点二拓展创新型实验
例2[2021·河北卷,12]某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系.所用器材有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、50g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块(质量为200g,其上可放钩码)、刻度尺.当地重力加速度为9.80m/s2.实验操作步骤如下:
①安装器材,调整两个光电门距离为50.00cm,轻细绳下端悬挂4个钩码,如图1所示;
②接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间,并计算出滑块通过两个光电门的速度;
③保持绳下端悬挂4个钩码不变,在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量,重复上述步骤;
④完成5次测量后,计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统(包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量ΔEk及系统总机械能的减少量ΔE,结果如下表所示.
M/kg
0.200
0.250
0.300
0.350
0.400
ΔEk/J
0.5
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