第五節(jié) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 1．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法或做法正確的是(　　) A．必須用秒表測(cè)重物下落的時(shí)間 B．選用質(zhì)量小的重物可減小實(shí)驗(yàn)誤差 C．實(shí)驗(yàn)時(shí)必須先用天平測(cè)出重物的質(zhì)量 D．實(shí)驗(yàn)中不得用公式v＝ 求下落高度h時(shí)的速度 解析：實(shí)驗(yàn)中通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)算時(shí)間，不需要秒表，A錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)供選擇的重物應(yīng)該是相對(duì)質(zhì)量較大、體積較小的物體，這樣能減少摩擦阻力的影響，B錯(cuò)誤；因?yàn)槭潜容^mgh、mv2的大小關(guān)系，故m可約去，不需要測(cè)出重物的質(zhì)量，C錯(cuò)誤；若用公式v＝求下落高度h時(shí)的速度，表明就已經(jīng)承認(rèn)了機(jī)械能守恒，這與本實(shí)驗(yàn)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的目的矛盾，D對(duì)． 答案：D 2．在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，有如下可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材：重物、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、秒表、導(dǎo)線，其中不必要的器材是________．如果某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶如圖所示，并已知相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.04 s，所用重物的質(zhì)量為0.20 kg.則打C點(diǎn)時(shí)重物的動(dòng)能為________J，從O點(diǎn)到C點(diǎn)減少的重力勢(shì)能為________J．(重力加速度g取9.80 m/s2，計(jì)算結(jié)果請(qǐng)保留兩位有效數(shù)字) 解析：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器本身是計(jì)時(shí)打點(diǎn)的，故不需要秒表計(jì)時(shí)；C點(diǎn)的瞬時(shí)速度vC＝＝m/s≈2.33 m/s，則打C點(diǎn)時(shí)重物的動(dòng)能Ek＝mv2＝×0.20×2.332 J≈0.54 J；從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下起點(diǎn)O到打下B點(diǎn)的過程中，物體重力勢(shì)能的減少量Ep＝mgh＝0.20×9.8×0.280 5 J≈0.55 J. 答案：秒表　0.54　0.55 3．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中： (1)(多選)從下列器材中選出實(shí)驗(yàn)所必需的，其編號(hào)為________． A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(包括紙帶) B．重錘 C．天平 D．毫米刻度尺 E．秒表(或停表) F．運(yùn)動(dòng)小車 (2)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，為保證重物下落時(shí)初速度為零，應(yīng)________． A．先接通電源。再釋放紙帶 B．先釋放紙帶，再接通電源 (3)(多選)下列說(shuō)法中正確的是________． A．實(shí)驗(yàn)中用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，一定用到低壓直流電源 B．選用重物時(shí)，同樣大小、形狀的重物應(yīng)選重一點(diǎn)的比較好 C．要選用第1、2兩點(diǎn)距離接近2 mm的紙帶 D．實(shí)驗(yàn)結(jié)果總是動(dòng)能增加量略小于重力勢(shì)能的減少量 解析：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶)、重錘是必需的，為了測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離，需要毫米刻度尺；因?yàn)槭潜容^mgh、mv2的大小關(guān)系．故m可約去，不需要測(cè)出重物的質(zhì)量，不需要用天平；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器本身可以計(jì)算時(shí)間，所以不需要秒表，實(shí)驗(yàn)用的是重錘，不需要運(yùn)動(dòng)小車．故選A、B、D. (2)開始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，然后再釋放紙帶，讓它帶著紙帶一同落下．這樣有利于數(shù)據(jù)的采集和處理，減少實(shí)驗(yàn)誤差．故選A. (3)電火花計(jì)時(shí)器不用低壓電源，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用低壓交流電源，故A錯(cuò)誤；為了減小空氣阻力的影響，在選擇重物時(shí)，要選擇密度大的，即選擇質(zhì)量大體積小的重物，B正確；由公式h＝gt2可知，若開始第1、2兩點(diǎn)間的距離為2 mm，則打第1個(gè)點(diǎn)時(shí)的速度為零，這樣只需比較mgh、mv2的大小關(guān)系即可，實(shí)驗(yàn)方便，C正確；由于空氣阻力和紙帶與計(jì)時(shí)器摩擦的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果總是動(dòng)能增加量略小于重力勢(shì)能的減少量，故D正確． 答案：(1)ABD　(2)A　(3)BCD 4．在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，使質(zhì)量為m＝1.00 kg的重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如圖所示．O為第1個(gè)點(diǎn)，A、B、C為從合適位置開始選取連續(xù)點(diǎn)中的三個(gè)點(diǎn)．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間＝9.80 m/s2，那么： (1)根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應(yīng)取圖中O點(diǎn)到________點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律； (2)從O點(diǎn)到(1)問中所取的點(diǎn)，重物重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝________J，動(dòng)能增加量ΔEk＝________J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． 解析：(1)由題圖中所給數(shù)據(jù)只能計(jì)算出B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，故選OB做研究． (2)vB＝＝×10－2 m/s＝1.92 m/s，ΔEk＝mv＝×1.00×1.922 J＝1.84 J，ΔEp＝mgOB＝1.00×9.80×19.20×10－2 J＝1.88 J. 答案：(1)B　(2)1.88　1.84 5．如圖是利用重物自由下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置． (1)(多選)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，沒有必要進(jìn)行的操作是________． A．用天平測(cè)重物的質(zhì)量 B．用秒表測(cè)重物下落的時(shí)間 C．用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄重物下落的信息 D．用紙帶記錄測(cè)量重物下落的高度 (2)該實(shí)驗(yàn)所用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50 Hz，A、B、C為紙帶中選取的三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，則每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T＝________s．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)，物體的下落速度為vB＝________m/s(小數(shù)點(diǎn)后保留兩位小數(shù))． (3)由于該實(shí)驗(yàn)中存在阻力做功，所以實(shí)驗(yàn)測(cè)得的重物的重力勢(shì)能的減少量________(選填“<”“>”或“＝”)動(dòng)能的增加量． 解析：(1)因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、mv2的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要測(cè)出重物的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤．我們可以通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)算時(shí)間，不需要秒表，故B錯(cuò)誤．用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以記錄重物下落的時(shí)間和高度，故C正確．用紙帶記錄測(cè)量重物下落的高度，故D正確． (2)每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，則每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T＝0.1 s．根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律中間時(shí)刻速度等于這段時(shí)間中的平均速度得vB＝＝2.36 m/s. (3)由于紙帶通過時(shí)受到較大的阻力和重物受到的空氣阻力，重力勢(shì)能有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化為摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，所以重力勢(shì)能的減少量明顯大于動(dòng)能的增加量． 答案：(1)AB　(2)0.1　2.36　(3)> 3