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某同學用圖示裝置驗證機械能守恆定律的實驗

 發布時間：2023-01-22 20:50:53

⑴ 利用圖示裝置進行驗證機械能守恆定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度 v 和

（1）用自由落體公式計算是錯誤的，應該用直尺測出物體下落的高度；根據做勻速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等於這點前後相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度 v
 （2）

⑵ 某同學利用如圖甲所示的裝置做「驗證機械能守恆定律的實驗」，在本實驗中：（1）現有器材、打點計時器、

（1）在實驗中需要刻度尺測量紙帶上點與點間的距離從而可知道重錘下降的距回離，以及通過紙帶答上兩點的距離，求出平均速度，從而可知瞬時速度．紙帶上相鄰兩計時點的時間間隔已知，所以不需要秒錶．重錘的質量可測可不測，所以不需要秒錶；
實驗中產生誤差的主要原因是摩擦阻力的影響．
（2）重力勢能減小量△Ep=mgh=mg（sE-sA）
利用勻變速直線運動的推論得：
vA=

sB
2T

vE=
sF?sD
2T

動能的增加量為△Ek=
1
2
mvE2-
1
2
mvA2=
m
8T2
[(sF?sD)2-
s
2

⑶ 一同學利用圖所示的實驗裝置來驗證機械能守恆定律．（1）該同學開始實驗時情形如圖甲所示，接通電源釋放

（1）①打點計時器接了直流電；②重物離打點計時器太遠．
（2）每兩個點之間有一個計時點，則相鄰兩個計數點之間的時間間隔為T=0.04s．
利用勻變速直線運動的推論得：
vC=

0.1477+0.1633
2×0.04
=3.9m/s
根據運動學公式得：△x=at2，
物體下落的加速度a=
(16.33?14.77)×0.01m
(0.04s)2
=9.75m/s2，
根據牛頓第二定律可以得到mg-f=ma，
所以f=mg-ma=m（g-a）=1×（10-9.75）N=0.25N，
（3）A、打點計時器對紙帶的阻力會使物體重力勢能的減小量大於物體動能的增加量，打點計時器對紙帶的阻力不可避免，只能減小，所以它是系統誤差；
B、測量紙帶上的點距時存在的誤差帶有一定的偶然性，與測量的人、測量的方法等有關，屬於偶然誤差；
C．測量點距時，將6個點誤計為7個點屬於計算過程的錯誤，不屬於誤差．
D．該實驗中，不用秒錶測量下落時間，也不是使用公式h=
1
2
gt2算出重物下落的高度．該選項與題目的要求無關．
E．重物和紙帶下落過程中受到空氣阻力會使物體重力勢能的減小量大於物體動能的增加量，是實驗的原理中的一種缺陷，所以它是系統誤差；
屬於系統誤差的是AE；屬於偶然誤差的是B．
故答案為：（1）打點計時器接了直流電；重物離打點計時器太遠．
（2）3.9，0.25
（3）AE；B．

⑷ 某同學用如圖1所示的實驗裝置驗證機械能守恆定律．實驗所用的電源為學生電源，輸出電壓為6V的直流電和50H

（1）B：將打點計時器接到電源的「交流輸出」上，故B錯誤，操作不當．
C：因為我們是比較mgh、

1
2
mv2的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒有必要．
（2）C點的瞬時速度vC＝
0.02
0.04
m/s＝0.5m/s，vD＝
(13.8?8.0)×10?2
0.04
m/s＝1.45m/s，則動能的增加量△Ek＝
1
2
m(vD2?vC2)=0.278J．
重力勢能的減小△Ep＝mgh＝0.3×9.79×(10.7?0.8)×10?2J=0.291J．
（3）小球通過光電門的瞬時速度v=
d
t
；若mgh=
1
2
mv2＝
1
2
m
d2
t2
，即
d2
2t2
＝gh時，機械能守恆得到驗證．
故答案為：（1）C、B
（2）0.278，.0.291
（3）
d
t
，
d2
2t2
＝gh．

⑸ 利用圖示裝置進行驗證機械能守恆定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下

（1）物體由靜止開始自由下落過程中受到空氣阻力和紙帶與打點計時器的摩擦阻力作用，不是版自權由落體運動，v=gt，v=

⑹ 為了驗證機械能守恆定律，某同學使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗．其中G 1 、G 2 為兩個光電門，它們


（1）實驗開始應先調節氣墊導軌下面的螺釘，在不掛重物的情況下輕推滑塊，若滑塊做勻速直線運動，滑塊通過光電門速度相等，則光電門的擋光時間相等，證明氣墊導軌已經水平．
（2）A、滑塊經過光電門時的瞬時速度用平均速度來代替，由v=
D
△t
求出，D越小，誤差越小，故A正確．
B、本實驗不需要測量細繩對滑行器的拉力，即不需要用砝碼的質量代替細繩的拉力，所以不需要滿足砝碼的質量m應遠小於滑行器的總質量M這個條件，故B錯誤．
C、光電門G 1 、G 2 的間距x越大，x相對誤差越小，故C正確．
D、用來牽引滑行器M的細繩必須與導軌平行，以減小阻力，保持滿足實驗阻力足夠小的條件，故D錯誤．
故選：AC．
（3）滑行器經過光電門G 1 、G 2 的速度近似等於滑塊經過光電門時的平均速度，分別為：
v 1 =
D
△ t 1
，v 2 =
D
△ t 2

砝碼的重力勢能減少量為：△E p =mgx；砝碼及滑行器（連同擋光片）的動能增加量相等為：△E k =
1
2
(M+m)
v 22
-
1
2
(M+m)
v 21

若表達式△E p =△E k ，即得：mgx=
1
2
(M+m)(
D
△ t 2
) 2 -
1
2
(M+m)(
D
△ t 1
) 2 ，在誤差允許的范圍內成立，則機械能守恆定律成立．
故答案為：
（1）相等；
（2）AC；
（3）mgx=
1
2
(M+m)(
D
△ t 2
) 2 -
1
2
(M+m)(
D
△ t 1
) 2 ．

⑺ 某同學用打點計時器研究物體自由下落過程中動能和勢能的變化，來驗證機械能守恆定律。實驗裝置如圖所示。

（1）C（2）C、D （3）小於； D

⑻ 某同學用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恆定律．實驗所用的電源為學生電源，可以提供輸出電壓為6V的交

（1）①B：將打點計時器接到電源的「交流輸出」上，故B錯誤，操作不當．
C：因為我專們是比較mgh、

1
2
mv2的大屬小關系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒有必要．
故答案為：C，B．
（2）勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等於該過程中的平均速度，由此可以求出B點的速度大小為：
vB=
xAC
tAC
=
0.2168?0.1431
2×0.02
=1.84m/s
（3）他繼續根據紙帶算出各點的速度v，量出下落距離h，並以
v2
2
為縱軸、以h為橫軸畫出的圖象，
根據
1
2
v2=gh，所以應是圖中的C．
故答案為（1）①C；B；
（2）1.84；
（3）C．

⑼ 某同學利用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恆定律．弧形軌道末端水平，離地面的高度為H．將鋼球從軌道

（1）物體在光滑軌道上下落時，機械能守恆有：mgh=

1
2
mv2 ①
平拋後有：S=v0t ②
H=
1
2
gt2 ③
聯立①②③解得：S2=4Hh．
（2）對比實驗結果與理論計算得到的s2-h關系圖線中發現：自同一高度靜止釋放的鋼球，也就是h為某一具體數值時，理論的s2數值大於實驗的s2數值，根據平拋運動規律知道同一高度運動時間一定，所以實驗中水平拋出的速率小於理論值．所以圖線b是實驗得到的S2-h圖線．
（3）由於客觀上，軌道與小球間存在摩擦，機械能減小，因此會導致實際值比理論值小．小球的轉動也需要能量維持，而機械能守恆中沒有考慮重力勢能轉化成轉動能的這一部分，也會導致實際速率明顯小於「理論」速率．
所以造成上述誤差的可能原因是小球與軌道間存在摩擦力．
故答案為：（1）4Hh．
（2）b．
（3）小球與軌道間存在摩擦力．

⑽ 某同學用如圖甲所示的裝置驗證機械能守恆定律，他將兩物塊A和B用輕質細繩連接並跨過輕質定滑輪，B下端連

（1）計數點5的瞬時速度v5＝

x46
2T
＝
(21.60+26.40)×10?2
0.2
m/s=2.4m/s；則系統動能的增加量△Ek＝
1
2
(mA+mB)v52=
1
2
×0.4×2．42＝1.15J．
系統重力勢回能的減小量△Ep=（答mA-mB）gx=0.2×9.8×（38.4+21.6）×10-2J=1.18J．
在誤差允許的范圍內，mA、mB組成的系統機械能守恆；
（2）根據系統機械能守恆定律得，(mA?mB)gh＝
1
2
(mA+mB)v2，
解得
1
2
v2＝
mA?mB
mA+mB
gh
圖線的斜率k=
mA?mB
mA+mB
g=
5.82
1.20

代入數據得，g=9.7m/s2．
故答案為：（1）1.15，1.18，在誤差允許的范圍內，mA、mB組成的系統機械能守恆；
（2）9.7．

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