训练12 实验：验证机械能守恒定律
[基础题]
1．本实验中，除铁架台、夹子、低压交流电源、纸带和重物外，还需选用的仪器是 ( )
A．秒表 B．刻度尺
C．天平 D．打点计时器
2．用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，下列物理量中需要测量的有 ( )
A．重物的质量
B．重力加速度
C．重物下落的高度
D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度
3．在验证机械能守恒定律的实验中，对于自由下落的重物，下列说法正确的是 ( )
A．只要足够重就可以
B．只要体积足够小就可以
C．既要足够重，又要体积非常小
D．应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同重物运动时不致被扭曲
4．用自由落体法验证机械能守恒定律，就是看mv是否等于mghn(n为计时点的编号0、1、2…n…)．下列说法中正确的是 ( )
A．打点计时器打第一个点0时，物体的速度为零
B．hn是计时点n到起始点0的距离
C．必须要测量重物的质量
D．用vn＝gtn计算vn时，tn＝(n－1)T(T为打点周期)
[能力题]
5．在“验证机械能守恒定律”的实验中：
(1)将下列主要的实验步骤，按照实验的合理顺序把步骤前的序号填在题后横线上：
A．用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器处；
B．将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔；
C．取下纸带，在纸带上任选几点，测出它们与第一个点的距离，并算出重物在打下这几个点时的瞬时速度；
D．接通电源，松开纸带，让重物自由下落；
E．查出当地的重力加速度g的值，算出打下各计数点时的动能和相应的减少的重力势能，比较它们是否相等；
F．把测量和计算得到的数据填入自己设计的表格里．
答：________________________________________________________________________
(2)动能值和相应重力势能的减少值相比，实验上哪个值应偏小些？
6．在验证机械能守恒定律的实验中，已知打点计时器打点间隔为T，某一组同学得到了一条如图1所示的纸带，在填写实验报告时，甲、乙两个同学选择了不同的数据处理方法：
图1
甲同学测出了C点到第一点O的距离hOC，利用v＝2ghOC计算得到了C点的速度，然后验证mghOC与mv相等．
乙同学测出了A、B、C、D各点到第一点O的距离hA、hB、hC、hD，利用vB＝、vC＝计算B、C点的速度，然后验证了mg(hC－hB)与mv－mv是否相等．
请你对甲、乙两位同学的做法逐一分析，并对其不合理之处提出完善的解决办法．
7．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量各计数点对应刻度尺上的读数如图2所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、 D分别是每打两个点取出的计数点．根据以上数据，重物由O点运动到B点时，已知重物质量为m(kg)．求：
图2
(1)重力势能的减少量为多少？
(2)动能的增加量是多少？
(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？
8．(1)从下列器材中选出做验证机械能守恒定律实验时所必需的器材，其编号为________．
A．打点计时器(包括纸带)
B．重物
C．天平
D．毫米刻度尺
E．秒表
F．运动小车
(2)打点计时器的安装放置要求为________；开始打点计时的时候，应先________，然后________．
(3)实验中产生系统误差的主要原因是________________，使重物获得的动能往往________．为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择________．
(4)如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出－h图线是________，该线的斜率等于________．
答案 1．BD 2．CD 3.D 4．AB 5．(1)实验的合理顺序应该是：BADCFE (2)由于重物和纸带都受阻力作用，即都要克服阻力做功，所以有机械能损失，即重物的动能值要小于相应重力势能的减少值． 6．甲同学选择从O到C段验证机械能守恒，计算C点的速度用v＝2ghOC的数据处理方法，犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．计算vC可以选择vC＝. 乙同学选择了从B到C段验证机械能守恒，由于BC较近，造成误差偏大，选择BD段相对较为合适． 7．(1)1.91m J (2)1.88m J (3)从(1)(2)中计算的数据得出：在实验误差允许的范围内，重物减少的重力势能等于其增加的动能，机械能守恒．
重物减少的重力势能略大于其增加的动能的主要原因是：重物在下落时要受到阻力作用(打点计时器对纸带的摩擦力，空气阻力)，从而克服阻力做功．
8．(1)ABD (2)底板要竖直 接通电源 放下重物 (3)纸带通过打点计时器时受到摩擦阻力 小于它所减少的重力势能 质量大一些的、体积小一些的 (4)通过坐标原点的倾斜直线 重力加速度
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