用如图装置可验证机械能守恒定律.轻绳两端系着质量相等的物块A、B,物块B上放置一金属片C.铁架台上固定一金属圆环,圆环处在物块B正下方.系统静止时,金属片C与圆

用如图装置可验证机械能守恒定律.轻绳两端系着质量相等的物块A、B,物块B上放置一金属片C.铁架台上固定一金属圆环,圆环处在物块B正下方.系统静止时,金属片C与圆

题型:不详难度:来源:
用如图装置可验证机械能守恒定律.轻绳两端系着质量相等的物块A、B,物块B上放置一金属片C.铁架台上固定一金属圆环,圆环处在物块B正下方.系统静止时,金属片C与圆环间的高度差为h.由此释放,系统开始运动,当物块B穿过圆环后,金属片C被搁置在圆环上.两光电门固定在铁架台P1、P2处,通过数字计时器可测出物块B通过P1、P2这段时间.A、B均可视作质点,重力加速度g已知.
(1)若测得P1、P2之间的距离为d,物块B通过这段距离的时间为t,则物块B刚穿过圆环后的速度v=______;
(2)若物块A、B的质量均为M表示,金属片C的质量用m表示,该实验中验证了
1
2
(2M+m)v2=______成立,即可验证机械能守恒定律;
(3)本实验中的测量仪器除了天平、光电门、数字计时器外,还需要______;
(4)改变物块B的初始位置,使物块B由不同的高度落下穿过圆环,记录各次高度差h以及物块B通过P1、P2这段距离的时间为t,以h为纵轴,以
1
t2
为横轴,通过描点作出的图线是一条过原点的直线,该直线的斜率k=______(用m、M、d表示).
答案
(1)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度得,v=
d
t

(2)系统重力势能的减小量为mgh,系统动能的增加量为
1
2
(2M+m)v2,则需验证的表达式为
1
2
(2M+m)v2=mgh.
(3)实验中需测量系统的速度大小、下落的高度,速度可以通过光电门和数字计时器测出,测量下落的高度需要刻度尺.
(4)物块通过光电门的速度v=
d
t
,根据
1
2
(2M+m)v2=mgh得,
1
2
(2M+m)
d2
t2
=mgh
,则h=
(2M+m)d2
2mg
1
t2
,则图线的斜率k=
(2M+m)d2
2mg

故答案为:(1)
d
t
(2)mgh (3)刻度尺 (4)
(2M+m)d2
2mg
举一反三
用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用电源为学生电源,输出电压为6V的交流电和直流电两种.重锤从高处由静止开始下落,重锤上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点痕进行测量,据此验证机械能守恒定律.
(1)下面列举了该实验的几个操作步骤:
A.按照图示的装置安装器件
B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上;
C.用天平测出重锤的质量
D.释放纸带,立即接通电源开关打出一条纸带;
E.测量纸带上某些点间的距离;
F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是______(将其选项对应的字母填在横线处)
(2)在验证机械能守恒定律的实验中,若以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出v2---h的图象应是______,才能验证机械能守恒定律;v2---h图象的斜率等于______的数值.
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用如图1所示实验装置验证机械能守恒定律.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片的滑块,其总质量为m,遮光片两条竖边与导轨垂直;导轨上B点处有一光电门,测得遮光片经过光电门时的挡光时间为t,用d表示A点到导轨底端C点的距离,h表示A与C的高度差,b表示遮光片的宽度,s表示A、B两点间的距离.将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度,用g表示重力加速度.完成下列填空和作图:
 
(1)若将滑块自A点由静止释放,则在滑块从A运动至B的过程中,滑块、遮光片组成的系统重力势能的减小量表示为△EP=______.动能的增加量表示为△Ek=______.在滑块运动过程中若机械能守恒,则与s的关系式为=______.
(2)多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一点(A点)下滑,测量相应的s与t值,结果如下表所示:
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s/m0.600.801.001.201.40
t/ms8.227.176.445.855.43
/104s-21.481.952.412.923.39
如图甲所示是用落体法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、带铁夹的重物、天平.回答下列问题:
(1)为完成此实验,除以上的器材,还需要的器材有______
A.毫米刻度尺
B.秒表
C.0~12V的直流电源
D.0~12V的交流电源
(2)在实验中打点计时器所接交流电频率为50Hz,当地重力加速度g=9.8m/s2,实验选用的重物质量m=1kg,纸带上打点计时器打下的连续计时点A、B、C到打下第一点O的距离如图乙所示,则从打下O点至B点的过程中,重物重力势能的减少量△Ep=______J,动能的增加量△Ek=______J.(计算结果均保留3位有效数字)
(3)通过计算发现,△Ep______△Ek(选填“小于”、“大于”或“等于”),这是因为______.
某同学利用自由落体运动进行验证机械能守恒定律的实验,正确完成实验操作后,得到一条点迹清晰的纸带,如图所示.在实验数据处理中,某同学选取纸带上打出的连续三个点A、B、C,分别测出三个点距起始点O的距离如图所示,已知打点计时器每隔0.02s打一个点,g取9.8m/s2
(1)若重物和夹子的总质量为1kg,那么在由O到B的过程中,动能增加量为______J,重力势能减少量为______J.(结果均保留2位有效数字)
(2)该同学在分析该实验误差时认为阻力的存在使得重物下落的加速度不再是重力加速度,于是他利用纸带求出重物下落的加速度为______m/s2
某同学用如图所示的装置测定重力加速度.
①打出的纸带如图所示,实验时纸带的______端通过夹子和重物相连接.(选填“甲”或“乙”)
②纸带上1至9各点为计时点,由纸带所示数据可算出实验时的重力加速度为______m/s2.(已知交流电频率为50Hz)
③若当地的重力加速度数值为9.8m/s2,请列出测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因______.