创新型实验9、现利用如图所示装置验证机械能守恒定律。图中AB是固定的气垫导轨,斜面的倾角为30°,1和2是固定在斜面上适当位置的两个
光电门,光电计时器和导轨都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑下,光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10-2
s、2.00×10-2s。已知滑块质量为2.00kg,滑块沿斜面方向的长度为5.00cm,光电门1和2之间的距离为0.54
m,g取9.80m/s2,取滑块经过光电门时的速度为其平均速度。(1)滑块经过光电门1时的速度v1=________m/s,
通过光电门2时的速度v2=________m/s。?(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为________J,重力势能的减
少量为________J。?【解析】(1)v1=m/s=1.00m/sv2=m/
s=2.50m/s(2)动能增加量ΔEk=×2.00×(2.502-1.002)J=5.25J重力势能的减少量:
ΔEp=2.00×9.80×0.54×sin30°J=5.29J答案:(1)1.002.50(2)5.255.29
【创新评价】创新角度创新方案速度测量的创新利用光电计时器测量时间更加准确、方便实验器材的创新利用气垫导轨和滑块,能有效
地减小实验误差测量值＝主尺读数(mm)＋精确度×游标尺上对齐刻线数值(mm)，不估读一、基本仪器使用和读数测量值＝固定刻度读
数(mm)＋可动刻度读数(带估读值)×0.01mm.注意要估读到0.001mm60.104.20实验研析·创新学习
角度1实验原理和实验操作3、如图甲为验证“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。回答下列问题:(1)为完成此实验,除了所给的器材外,还需要的器材有________。(填入正确选项前的
字母)?A.刻度尺B.秒表C.0～12V的直流电源 D.0～12V的交流电源(2)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材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.先接通电源,
后释放纸带,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
操作不当的步骤是________。?(3)实验中误差产生的原因有?__(写出两个原因)。?(4)利用这个装置也可以测量重锤下落
的加速度a的数值。根据打出的纸带,选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E,测出各点之间的距离如图乙所示。使用交流电源的频率为f,
则计算重锤下落的加速度的表达式a=________。(用x1、x2、x3、x4及f表示)?【解析】(1)为完成此实验,除了所给的
器材外,还需要刻度尺、0～12V的交流电源。(2)其中操作不当的步骤是将打点计时器接到电源的“直流输出”上,打点计时器需要
交流电源。(3)纸带与打点计时器之间有摩擦力以及空气阻力;用刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差;计算重力势能变化时,选取初、
末两点距离过近;交流电源频率不稳定等。(4)由Δx=aT2得:答案:(1)A、D(2)B4、某同学做“验证机械能守恒定律
”实验时,不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏,损坏的是前端部分,剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出并标在图中,单位是cm。打点
计时器工作频率为50Hz,重力加速度g取9.8m/s2。(1)重物在2点的速度v2=________,在5点的速度v5=__
______,此过程中动能增加量ΔEk=_____,重力势能减少量ΔEp=_____。由以上可得出实验结论__?。?(2)重物获
得的动能往往________(选填“大于”“小于”或“等于”)减少的重力势能,实验中产生系统误差的原因是__?__。?(3)根据
实验判断下列图像正确的是(其中ΔEk表示重物动能的变化量,Δh表示物体下落的高度) ()【解析】(1)根据匀变速直线运动的规
律,可以求出重物在2点的速度v2=m/s=1.50m/s,重物在5点的速度v5=
m/s=2.08m/s,所以动能增加量为ΔEk==1.04mJ,重物从2点到5点,重力势能减少量为
ΔEp=mgh25=m×9.8×(3.2+3.6+4.0)×10-2J=1.06mJ,由以上可得出实验结论为:在误差允许的范
围内,重物机械能守恒。(2)由于纸带受到摩擦力作用以及重物受到空气阻力作用,需克服摩擦力和空气阻力做功,所以获得的动能小于减少的
重力势能。(3)在误差允许的范围内,重物机械能守恒,重物减少的重力势能转化为增加的动能,即ΔEk=mgΔh,可见重物增加的动能与
下落的距离成正比,选项C正确。答案:(1)1.50m/s2.08m/s1.04mJ1.06mJ在误差允许的范围内,重物机械能守恒(2)小于纸带受到摩擦力作用以及重物受到空气阻力作用(3)C |
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