实验六-验证机械能守恒定律

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变式1—1 (1)在做“验证机械能守恒定律”的实验时，实验小组 不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了，剩下的一部分纸带上 各点间的距离如图4所示，
图4
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已知打点计时器的打点周期为T＝0.02 s，重力加速度g＝9.8 m/s2； 重锤的质量为m，已知x1＝0.98 cm，x2＝1.42 cm，x3＝1.78 cm，则记 录B点时重锤的动能EkB＝________J(用字母表示)，记录C点时重锤的 动能EkC＝0.32m J；重锤从B点到C点重力势能变化量是________ J， 动能变化量是________ J．从而可以得出结论：________.
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(2)在验证机械能守恒定律的实验中： ①自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少______________ 对实验的影响． ②实验中________测定重锤的质量(填“需要”或“不需要”)．
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③实验小组在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减少的重 力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落的过 程中存在阻力作用，因此想到可以通过该实验装置测阻力的大小．根 据已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，电源的频率为f，又测 量出物理量________．他(她)们用这些物理量求出了重锤在下落的过 程中受到的平均阻力大小F＝________(用字母表示)．
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1．按图2所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上， 接好电路．
图2
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2．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打 点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地 方．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落．
更换纸带重复做3～5次实验． 3．选纸带：分两种情况说明 (1) 应 选 点 迹 清 晰 ， 且 1 、 2 两 点 间 距 离 小 于 或 接 近 2 mm 的 纸 带．若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电 源造成的．这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能 选．
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实验六 验证机械能守恒定律
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验证机械能守恒定律．
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1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动 能互相转化，但总的机械能保持不变．若物体某时刻瞬时速度为 v，下落高度为 h，则重力势能的减少量为 mgh，动能的增加量为 12mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证 了机械能守恒定律．
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1．(2010·四川理综)有4条用打点计时器(所用交流电频率均为50 Hz)打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律” 实验时打出的．为找出该纸带，某同学在每条纸带上选取了点迹清晰 的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间的距离依次为s1、s2、 s3，请你根据下列s1、s2、s3的测量结果确定该纸带为________．(已知 当地的重力加速度为9.791 m/s2)( )
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A．61.0 mm 65.8 mm 70.7mm B．41.2 mm 45.1 mm 53.0 mm C．49.6 mm 53.5 mm 57.3 mm D．60.5 mm 61.0 mm 60.6 mm 解析：在“验证机械能守恒定律”实验中，物体做自由落体运动， 相邻两段位移差为△h＝s2－s1＝s3－s2＝g△t2＝9.791×0.022 m≈3.92 mm， 只有选项C中数据符合要求． 答案：C
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1．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．重物应选用质量大、体积小、密度大的材料． 3．应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重 物下落． 4．纸带长度应选用60 cm左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行 测量．
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2．计算打第 n 个点时速度的方法：测出第 n 个点与相邻前后 点间的距离 xn 和 xn＋1，由公式 vn＝xn＋2Txn＋1或 vn＝hn＋12－Thn－1算出， 如图 1 所示．
图1
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铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线， 毫米刻度尺，重物(带纸带夹)．
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如图3所示，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为 62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm，根据以上数据，可知重物 由O点运动到C点，重力势能的减少量等于________J，动能的增加量 等于________J．(取三位有效数字)
图3
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重物过 C 点的瞬时速度 vC＝B2DT ＝OD2－TOB ＝0.85723×－0.002.7018 m/s ＝3.888 m/s， 故重物由 O 点运动到 C 点动能的增加量为 ΔEk＝12mvC2＝12×1×3.8882 J≈7.56 J. [答案] 7.62 7.56
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题后反思 本例中，我们以第一点(起始点)为基准点进行验证，在实验误差 范围内可以认为ΔEk＝ΔEp，从而验证了机械能守恒定律．值得注意的 是C点瞬时速度的求法：做匀变速直线运动的纸带上某点的瞬时速度， 等于相邻两点间的平均速度．
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2．(2010·课标全国理综)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、天平．
图5
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题型一 实验数据的处理 [例1] 在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所 用的电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.8 m/s2，测得所 用的重物的质量m＝1.0 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个 点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．
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