33实验：验证机械能守恒定律[方法点拨]要明确“谁”在“哪个过程”中机械能守恒，列出守恒方程，明确要测量的物理量．1．用如图1甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验时接通电源，质量为m2的重物从高处由静止释放，质量为m1的重物拖着纸带打出一系列的点，图乙是实验中打出的一条纸带，A是打下的第1个点，计数点E、F、G到A点距离分别为d1、d2、d3，每相邻两计数点的时间间隔为T，当地重力加速度为g.(以下所求物理量均用已知符号表示)图1(1)在打点A、B、C、D、E、F的过程中，系统动能的增加量ΔEk＝________，系统重力势能的减少量ΔEp＝______，比较ΔEk、ΔEp大小即可验证机械能守恒定律．(2)某同学根据纸带算出各计数点速度，并作出－d图象，如图2所示，若图线的斜率k＝________，即可验证机械能守恒定律．图22．某课外活动小组利用竖直上抛运动来验证机械能守恒定律：(1)某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径，读数如图3甲所示，小球直径为________cm.用图乙所示的弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A、B，计时装置测出小球通过A、B的时间分别为2.55ms、5.15ms，由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为vA、vB，其中vA＝________m/s.图3(2)用刻度尺测出光电门A、B间的距离h，已知当地的重力加速度为g，只需比较________________与________________是否相等就可以验证机械能是否守恒(用题目中涉及的物理量符号来表示)．(3)通过多次的实验发现，小球通过光电门A的时间越短，(2)中要验证的两数值差别越大，试分析实验中产生误差的主要原因是__________________．3．某小组同学用简易装置验证机械能守恒定律，他们找来一块平整且比较光滑的木板，从实验室借来打点计时器、刻度尺、小车和纸带．他们把木板搭在台阶上．如图4甲安装好实验器材，得到如图乙所示的一条纸带．(1)在验证机械能是否守恒时，还需要测量台阶的高度h和木板的长度L，已知纸带上相邻两计数点之间的时间间隔为T，纸带上M、N两点间的数据，已知该组同学需要验证的机械能守恒的表达式为________(用题中所给物理量的字母表示)．图4(2)在该实验中下列说法正确的是________．A．该实验中先接通电源，后释放小车B．由于摩擦力对实验结果有影响，所以把木板搭在台阶上是为了平衡摩擦C．由于阻力的存在，该实验中小车增加的动能一定小于小车减少的重力势能D．在该实验中还需要用天平测量小车的质量4．某同学利用如图5甲所示装置来验证机械能守恒定律,器材为:铁架台,约50cm的不可伸长的细线,带孔的小铁球,光电门和计时器(可以记录挡光的时间),量角器,刻度尺,游标卡尺.实验前先查阅资料得到当地的重力加速度为g，再将细线穿过小铁球，悬挂在铁架台的横杆上，在小球轨迹的最低点安装好光电门，依次测量摆线的长度l，摆球的直径d，测量摆角θ，从静止开始释放小球，摆球通过光电门时记录时间t.图5(1)用50分度游标卡尺测量小球直径，刻度线如图乙(中间若干刻度线未画出)，则d＝____cm.(2)若________等式在误差范围内成立，则验证了机械能守恒．(用题中物理量符号表示)(3)除空气阻力以及量角器、刻度尺、游标卡尺测量产生的误差，再写出一个主要的误差来源：______________.答案精析1．(1)(m2－m1)gd2(2)g解析(1)打F点时的速度vF＝，因为打A点时的速度为零，所以系统动能的增加量ΔEk＝(m1＋m2)v＝；系统重力势能的减少量ΔEp＝(m2－m1)gd2.(2)根据系统机械能守恒定律可得(m2－m1)gd＝(m1＋m2)v2，即在－d图象中图线的斜率k＝g.2．(1)1.0204.0(2)gh－(3)小球上升过程中受到空气阻力的作用，速度越大，所受阻力越大解析(1)根据游标卡尺读数原理知题图甲所示的小球直径为d＝10mm＋0.05×4mm＝10.20mm＝1.020cm.由于小球通过光电门的时间很短，可以用通过光电门的平均速度代替瞬时速度，由速度定义式可知，vA＝＝m/s＝4.0m/s.(2)小球从A到B，重力势能增加mgh，动能减少mv－mv，则要验证机械能是否守恒，只需比较gh与－是否相等即可．(3)小球通过光电门A的时间越短，说明小球速度越大．(2)中要验证的两数值差越大，说明机械能损失越大，克服空气阻力做功越大，阻力越大，这说明小球上升过程中受到空气阻力的作用，...
