第6讲实验六:验证机械能守恒定律1.(10分)(2015·河北五校联考)某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验,实验装置如图所示,图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器。实验测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t1,通过B的挡光时间为t2,重力加速度为g。为了证明小物体通过A、B时的机械能相等,还需要进行一些实验测量和列式证明。(1)下列必要的实验测量步骤是B;(4分)A.用天平测出小物体的质量mB.测出A、B两传感器之间的竖直距离hC.测出小物体释放时离桌面的高度HD.用秒表测出小物体由传感器A到传感器B所用时间Δt(2)若该同学用d和t1、t2的比值分别来反映小物体经过A、B光电门时的速度,并设想如果能满足=2gh关系式,即能证明在自由落体运动过程中小物体的机械能是守恒的。(6分)【解析】(1)根据机械能守恒定律的表达式可知,不需要测量小物体质量,A项错误;实验中需要测量从A到B过程中重力势能的减小量,因此需要测量A、B之间的距离h,故B项正确;实验中不需要测量小物体释放时离桌面的高度H,故C项错误;根据机械能守恒定律的表达式可知,不需要测量小物体通过A、B两传感器的时间间隔Δt,故D项错误;(2)本实验中利用小物体通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,故有vA=B=2gh。2.(12分)(2015·扬州调研)图甲是验证机械能守恒定律的实验。小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住,轻绳另一端固定,将轻绳拉至水平后由静止释放。在最低点附近放置一组光电门,测出小圆柱运动到最低点的挡光时间Δt,再用游标卡尺测出小圆柱的直径d,如图乙所示,重力加速度为g。(1)小圆柱的直径d=1.02cm;(4分)(2)测出悬点到圆柱重心的距离l,若等式gl=成立,说明小圆柱下摆过程中机械能守恒;(4分)(3)若在悬点O安装一个拉力传感器,测出绳子上的拉力F,则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是小圆柱的质量m(用文字和字母表示)。若等式F=mg+m成立,则可验证小圆柱在最低点的向心力公式。(4分)【解析】(1)小圆柱的直径d=1.0cm+2×0.1mm=1.02cm;(2)根据机械能守恒定律得mgl=222成立,则可验证小圆柱在最低点的向心力公式,故要测量出小圆柱的质量m。3.(12分)(2015·周口模拟)用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带,0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个打下的点(图中未标出),计数点间的距离如图所示。已知m1=50g,m2=150g,则(计算结果保留两位有效数字,实验用交流电周期为0.02s):(1)在纸带上打下记数点5时的速度v=2.4m/s;(4分)(2)在打记数点0~5过程中系统动能的增量ΔEk=0.58J。为了简化计算,设g=10m/s2,则系统势能的减少量ΔEp=0.60J;(4分)(3)在本实验中,若某同学作出了v2-h图象,如图丙所示,h为从起点量起的长度,则据此得到当地的重力加速度g=9.7m/s2。(4分)【解析】(1)根据在匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度,可知打第5个点时的速度v=-2km1+m2)v2m2-m1m1、m2m2-m11+m2222g,由题图丙可知,斜率k=4.85,故当地的实际重力加速度g=2k=9.7m/s2。4.(14分)(2016·广东中山杨仙逸中学月考)利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图甲所示,水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨。导轨上A点处有一带长方形遮光条的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连;遮光条两条长边与导轨垂直;导轨上B点有一光电门,可以测量遮光条经过光电门时的挡光时间t,用d表示A点到光电门B处的距离,b表示遮光条的宽度,将遮光条通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。实验时滑块在A处由静止开始运动。(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b,结果如图乙所示,由此读出b=3.75mm;(4分)(2)滑块通过B点的瞬时速度可表示为;(3分)(3)某次实验测得倾角θ=30°,重力加速度用g表示,滑块从A处到达B处时,m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk=,系统的重力势能减少量可表示为ΔEp=gd,在误差允许的范围内,若ΔEk=ΔEp则可认为系统的机械能守恒;(4分)(4)在上次实验中,某同学改变A、B间的距离,作...
