(新課改省份專用)2022年高考物理一輪復習 第五章 第5節(jié) 實驗:驗證機械能守恒定律學案(含解析)
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1、(新課改省份專用)2022年高考物理一輪復習 第五章 第5節(jié) 實驗:驗證機械能守恒定律學案(含解析) 一、實驗目的 1.掌握驗證機械能守恒定律的方法。 2.會用計算法或圖像法處理實驗數(shù)據(jù)。 二、實驗原理 通過實驗求出重物做自由落體運動時重力勢能的減少量、相應(yīng)過程動能的增加量,若二者相等,即可驗證機械能守恒定律。實驗裝置如圖所示。 三、實驗器材 鐵架臺(帶鐵夾),打點計時器,重物(帶紙帶夾子),紙帶數(shù)條,復寫紙片,導線,毫米刻度尺。除了上述器材外,還必須有學生電源(交流4~6 V)。 四、實驗步驟 1.把打點計時器安裝在鐵架臺上,用導線把打點計時器與學生電源連接好。 2.把紙
2、帶的一端在重物上用夾子固定好,另一端穿過打點計時器限位孔,用手豎直提起紙帶使重物停靠在打點計時器附近。 3.接通電源,松開紙帶,讓重物自由下落。 4.重復幾次,得到3~5條打好點的紙帶。 5.在打好點的紙帶中挑選第一、二兩點間的距離接近2 mm,且點跡清晰的一條紙帶,在起始點標上0,以后各點依次標1、2、3、…,用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1、h2、h3、…。 五、數(shù)據(jù)處理 1.求瞬時速度 由公式vn=可以計算出重物下落h1、h2、h3、…的高度時對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3、…。 2.驗證守恒 方法一:利用起始點和第n點計算,代入ghn和vn2,如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi),
3、ghn=vn2,則驗證了機械能守恒定律。 方法二:任取兩點A、B測出hAB,算出ghAB和的值,如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi),ghAB=vB2-vA2,則驗證了機械能守恒定律。 方法三:圖像法,從紙帶上選取多個點,測量從第一點到其余各點的下落高度h,并計算各點速度的平方v2,然后以v2為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出v2-h圖線。若在誤差允許的范圍內(nèi)圖像是一條過原點且斜率為g的直線,則驗證了機械能守恒定律。 六、誤差分析 1.測量長度時會存在偶然誤差,所以測長度時要多測幾次,取平均值即可減小此誤差。 2.由于本實驗中有紙帶與限位孔間的摩擦力(主要因素)和空氣阻力(次要因素)的影響,
4、這是系統(tǒng)誤差,它使增加的動能少于減小的重力勢能,要減小影響,采用增加重物質(zhì)量的辦法,因為當重物的重力遠大于阻力時,可忽略阻力的影響。 3.為了減小相對誤差,選取的計數(shù)點最好離第一個點遠一些。 4.若第一、第二兩點間的距離小于2 mm,則這兩點間的時間間隔不到0.02 s或阻力過大。 七、注意事項 1.打點計時器安裝時,必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上,以減小摩擦阻力。 2.實驗時,需保持提紙帶的手不動,待接通電源、讓打點計時器工作正常后才松開紙帶讓重物下落,以保證第一個點是一個清晰的小點。 3.選用紙帶時應(yīng)盡量挑第一、二點間距接近2 mm的紙帶。 4.測量下落高度時,都必須從起始
5、點算起,不能搞錯,為了減小測量值h的相對誤差,選取的各個計數(shù)點要離起始點遠一些,紙帶也不宜過長,有效長度可在60~80 cm之間。 5.因不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值,所以不需要測量重物的質(zhì)量。 [基礎(chǔ)考法] 考法(一) 實驗原理與操作 1.在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中,電源的頻率為50 Hz,依次打出的點為0,1,2,3,4,…,n。則: (1)如用第2點到第6點之間的紙帶來驗證,必須直接測量的物理量為______________________、______________________、______________________,必須計算出的物
6、理量為______________________、______________________,驗證的表達式為______________________。 (2)下列實驗步驟操作合理的排列順序是________(填寫步驟前面的字母)。 A.將打點計時器豎直安裝在鐵架臺上 B.接通電源,再松開紙帶,讓重物自由下落 C.取下紙帶,更換新紙帶(或?qū)⒓垘Х瓊€面)重新做實驗 D.將重物固定在紙帶的一端,讓紙帶穿過打點計時器,用手提著紙帶 E.選擇一條紙帶,用刻度尺測出物體下落的高度h1,h2,h3,…,hn,計算出對應(yīng)的瞬時速度v1,v2,v3,…,vn F.分別算出mvn2和mghn
7、,在實驗誤差范圍內(nèi)看是否相等 解析:(1)要驗證從第2點到第6點之間的紙帶對應(yīng)重物的運動過程中機械能守恒,應(yīng)測出第2點到第6點的距離h26,要計算第2點和第6點的速度v2和v6,必須測出第1點到第3點之間的距離h13和第5點到第7點之間的距離h57,機械能守恒的表達式為mgh26=mv62-mv22。 (2)實驗操作順序為ADBCEF。 答案:(1)第2點到第6點之間的距離h26 第1點到第3點之間的距離h13 第5點到第7點之間的距離h57 第2點的瞬時速度v2 第6點的瞬時速度v6 mgh26=mv62-mv22 (2)ADBCEF 2.用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒
8、定律。實驗所用的電源為學生電源,輸出電壓有6 V的交流電和直流電兩種。重物從高處由靜止開始下落,重物拖著紙帶通過打點計時器打出一系列的點,對紙帶上的點進行測量,即可驗證機械能守恒定律。 (1)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟: A.按照圖示的裝置安裝器材; B.將打點計時器接到電源的直流輸出端上; C.用天平測出重物的質(zhì)量; D.釋放紙帶,同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶; E.測量打出的紙帶上某些點之間的距離; F.根據(jù)測量的結(jié)果計算重物下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能。 其中沒有必要進行或者操作不恰當?shù)牟襟E是________。(將其選項對應(yīng)的字母填在橫線處) (2)在
9、驗證機械能守恒定律的實驗中,若以v2為縱軸、以h為橫軸,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出v2-h的圖像應(yīng)是________________,才能驗證機械能守恒定律。v2-h圖像的斜率等于____________的數(shù)值。 解析:(1)打點計時器應(yīng)接到電源的交流輸出端上,故B錯誤;驗證機械能是否守恒只需驗證mgh=mv2,即gh=v2,m可約去,故不需要用天平測重物的質(zhì)量,故C沒有必要進行;開始記錄時,應(yīng)先給打點計時器通電打點,然后再釋放重物,讓它帶著紙帶一同落下,如果先放開紙帶讓重物下落,再接通打點計時器的電源,由于重物運動較快,不利于數(shù)據(jù)的采集和處理,會使實驗產(chǎn)生較大的誤差,故D錯誤。 (2)利用v2-h
10、圖線處理數(shù)據(jù),物體自由下落過程中機械能守恒,mgh=mv2,即v2=gh,若以v2為縱軸、以h為橫軸,畫出的圖線應(yīng)是過原點的傾斜直線,由以上易知v2-h圖線的斜率就等于重力加速度g的數(shù)值。 答案:(1)BCD (2)過原點的傾斜直線 重力加速度g 考法(二) 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 3.某同學用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律,通過實驗數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)本實驗存在較大的誤差,為此改用如圖乙所示的實驗裝置:通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落,下落過程中經(jīng)過光電門B時,通過與之相連的毫秒計時器(圖中未畫出)記錄擋光時間t,用毫米刻度尺測出A、B之間的距離h,用游標卡尺測得小鐵球的直徑d(d?
11、h),重力加速度為g。則小鐵球經(jīng)過光電門時的瞬時速度v=________。如果d、t、h、g滿足關(guān)系式t2=________,就可驗證機械能守恒定律。比較兩個方案, 改進后的方案相比原方案最主要的優(yōu)點是__________________________________________________________。 解析:用平均速度代替小鐵球經(jīng)過光電門時的瞬時速度,即v=,若小鐵球機械能守恒,則有mv2=mgh,可得t2=。比較兩個方案,改進后的方案相比原方案最主要的優(yōu)點是消除了紙帶與打點計時器之間的摩擦力影響。 答案: 消除了紙帶與打點計時器之間的摩擦力影響 4.(2016
12、·全國卷Ⅰ)某同學用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律,其中打點計時器的電源為交流電源,可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz。打出紙帶的一部分如圖(b)所示。 該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f,需要用實驗數(shù)據(jù)和其他題給條件進行推算。 (1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落,利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出:在打點計時器打出B點時,重物下落的速度大小為________,打出C點時重物下落的速度大小為________,重物下落的加速度大小為________。 (2)已測得s1=8.89 cm,s2=9.50 cm,s3=10.10 cm;當?shù)刂亓铀俣却笮?/p>
13、為9.80 m/s2,實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為________Hz。 解析:(1)重物勻加速下落時,根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律得vB==f(s1+s2),vC==f(s2+s3),由s3-s1=2aT2得a=。 (2)根據(jù)牛頓第二定律,有mg-kmg=ma,根據(jù)以上各式,化簡得f=,代入數(shù)據(jù)可得f≈40 Hz。 答案:(1)f(s1+s2) f(s2+s3) f2(s3-s1) (2)40 5.如圖甲所示是用“落體法”驗證機械能守恒定律的實驗裝置。(g取9.80 m/s2) (1)選出一條清晰的紙帶如圖乙所示,其中O點為打點計時器打下的第一個點
14、,A、B、C為三個計數(shù)點,打點計時器通以頻率為50 Hz的交變電流。用分度值為1 mm的刻度尺測得OA=12.41 cm,OB=18.90 cm,OC=27.06 cm,在計數(shù)點A和B、B和C之間還各有一個點,重錘的質(zhì)量為1.00 kg。甲同學根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出:當打點計時器打到B點時重錘的重力勢能比開始下落時減少了________J;此時重錘的速度vB=________ m/s,此時重錘的動能比開始下落時增加了________ J。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) (2)某同學利用他自己實驗時打出的紙帶,測量出了各計數(shù)點到打點計時器打下的第一個點的距離h,算出了各計數(shù)點對應(yīng)的速度v,然后以h為
15、橫軸、以v2為縱軸作出了如圖丙所示的圖線,圖線的斜率近似等于________。 A.19.6 B.9.8 C.4.90 圖線未過原點O的原因是________________________________________________。 解析:(1)當打點計時器打到B點時,重錘的重力勢能減小量ΔEp=mg·OB=1.00×9.80×18.90×10-2 J≈1.85 J;打B點時重錘的速度vB== m/s≈1.831 m/s,此時重錘的動能增加量ΔEk=mvB2=×1.00×1.8312 J≈1.68 J。 (2)由機械能守恒定律有mv2=mgh,可得v2=gh,由此可
16、知圖線的斜率近似等于重力加速度g,故B正確。由圖線可知,h=0時,重錘的速度不等于零,原因是該同學做實驗時先釋放了紙帶,然后才合上打點計時器的開關(guān)。 答案:(1)1.85 1.83 1.68 (2)B 先釋放了紙帶,后合上打點計時器的開關(guān) [例1] 用如圖甲所示的實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒。m2從高處由靜止開始下落,m1上拖著的紙帶通過打點計時器,打出一系列的點,對紙帶上的點跡進行測量,即可驗證機械能守恒定律。如圖乙所示是實驗中獲取的一條紙帶;0是打下的第一個點,每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出),計數(shù)點間的距離已標注,打點計時器所接電源頻率為50 Hz。已知m1
17、=50 g、m2=150 g,則(計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) (1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v5=________m/s。 (2)在打下第“0”點到打下第“5”點的過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk=________J,系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp=________J。(取當?shù)氐闹亓铀俣萭=10 m/s2) (3)若某同學作出v2h圖像如圖丙所示,則當?shù)氐闹亓铀俣萭=________ m/s2。 [三步穩(wěn)解題] 1.分析實驗目的:驗證系統(tǒng)機械能守恒。 2.確定實驗原理:對m1、m2組成的系統(tǒng),在m1上升,m2下降的過程中,系統(tǒng)只有重力做功,機械能守恒。 3.制定數(shù)據(jù)處理方案:由
18、紙帶求出打計數(shù)點5時的速度v5和m2下降的高度h5,則系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp=m2gh5-m1gh5,系統(tǒng)動能的增加量ΔEk=(m2+m1)v52,比較ΔEp和ΔEk的大小,得出實驗結(jié)論。 [解析] (1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度 v5== m/s=2.4 m/s。 (2)在打下第“0”點到打下第“5”點的過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk=(m1+m2)v52=×0.2×2.42 J≈0.58 J,系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp=(m2-m1)gh5=0.1×10×(38.40+21.60)×10-2 J=0.60 J。 (3)由能量關(guān)系可知(m1+m2)v2=(m2-m1)gh, 即v2
19、=h,由題圖丙可知=, 解得g=9.7 m/s2。 [答案] (1)2.4 (2)0.58 0.60 (3)9.7 [例2] 某研究性學習小組利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律,實驗裝置如圖甲所示。在氣墊導軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B,滑塊P上固定一遮光條,若光線被遮光條遮擋,光電傳感器會輸出高電壓,兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連?;瑝K在細線的牽引下向左加速運動,遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時,通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖像。 (1)實驗前,接通氣源,將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導軌 上,輕推滑塊,當圖乙中的Δt1________Δt2(
20、選填“>”“=”或“<”)時,說明氣墊導軌已經(jīng)水平。 (2)用游標卡尺測遮光條寬度d,測量結(jié)果如圖丙所示,則d=________ mm。 (3)滑塊P用細線跨過氣墊導軌左端的定滑輪與鉤碼Q相連,鉤碼Q的質(zhì)量為m。將滑塊P由圖甲所示位置釋放,通過計算機得到的圖像如圖乙所示,若Δt1、Δt2和d 已知,要驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能是否守恒,還應(yīng)測出____________________(寫出物理量的名稱及符號)。 (4)若上述物理量間滿足關(guān)系式____________________,則表明在上述過程中,滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒。 [三步穩(wěn)解題] 1.分析實驗目
21、的:驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒。 2.確定實驗原理:滑塊與氣墊導軌的摩擦不計,滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng),只有鉤碼重力做功,系統(tǒng)機械能守恒。 3.制定數(shù)據(jù)處理方案: 由圖丙讀出遮光條的寬度d,由圖乙讀出遮光條通過光電門A、B的時間Δt1、Δt2,可求出滑塊經(jīng)過光電門A、B的速度vA=、vB=,測量出滑塊(含遮光條)和鉤碼的質(zhì)量M、m及兩光電門間距L,則可由mgL=(m+M)2-(m+M)2來驗證系統(tǒng)機械能是否守恒。 [解析] (1)實驗前,接通氣源,將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導軌上,輕推滑塊,當題圖乙中的Δt1=Δt2時,說明滑塊已經(jīng)勻速運動,說明氣墊導軌已經(jīng)水平。 (2)用游標卡
22、尺測遮光條寬度d,則d=5.0 mm。 (3)滑塊經(jīng)過兩個光電門的速度分別為:和,鉤碼重力勢能的減少量為mgL,要驗證的關(guān)系是mgL=(m+M)2-(m+M)2,故還應(yīng)測出滑塊(含遮光條)的質(zhì)量M和兩光電門間距離L。 (4)若上述物理量間滿足關(guān)系式mgL=(m+M)2-(m+M)2,則表明在上述過程中,滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒。 [答案] (1)= (2)5.0 (3)滑塊(含遮光條)的質(zhì)量M和兩光電門間距離L (4)mgL=(m+M)2-(m+M)2 [創(chuàng)新領(lǐng)悟] 實驗原理的創(chuàng)新 1.利用鋼球擺動來驗證機械能守恒定律。 2.利用光電門測定擺球的瞬時速度。
23、 實驗器材的創(chuàng)新 1.小球在重力作用下做豎直上拋運動。 2.利用頻閃照片獲取實驗數(shù)據(jù)。 實驗過程的創(chuàng)新 1.用光電門測定小球下落到B點的速度。 2.結(jié)合-H圖線判斷小球下落過程中機械能守恒。 3.分析實驗誤差ΔEp-ΔEk隨H變化的規(guī)律。 1.利用系統(tǒng)機械能守恒代替單個物體的機械能守恒。 2.利用光電門測算滑塊的瞬時速度。 [創(chuàng)新考法] 1.某同學利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05 s閃光一次,如圖所標數(shù)據(jù)為實際距離,該同學通過計算得到不同時刻的速度如下表。(當?shù)刂亓铀俣热?.8 m/s2,小球質(zhì)量m=0.2 kg,結(jié)果保留三位
24、有效數(shù)字) 時刻 t2 t3 t4 t5 速度(m/s) 4.99 4.48 3.98 (1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5=________ m/s。 (2)從t2到t5時間內(nèi),重力勢能增加量ΔEp=____ J,動能減少量ΔEk=____ J。 (3)在誤差允許的范圍內(nèi),若ΔEp與ΔEk近似相等,即可驗證機械能守恒定律。由上述計算得ΔEp________ΔEk(選填“>”“<”或“=”),造成這種結(jié)果的主要原因是__________________________________________________________。 解析:(1)v5
25、=×10-2 m/s=3.48 m/s。 (2)重力勢能的增加量ΔEp=mgΔh,代入數(shù)據(jù)可得ΔEp≈1.24 J,動能減少量為ΔEk=mv22-mv52,代入數(shù)據(jù)可得ΔEk≈1.28 J。 (3)由計算可得ΔEp<ΔEk,主要是由于存在空氣阻力。 答案:(1)3.48 (2)1.24 1.28 (3)< 存在空氣阻力 2.如圖甲所示,一位同學利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗。有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球由A處由靜止釋放,下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門,測得A、B間的距離為H(H?d),光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t,當?shù)氐闹亓铀俣葹間
26、。則: (1)如圖乙所示,用游標卡尺測得小球的直徑d=______cm。 (2)多次改變高度H,重復上述實驗,作出隨H的變化圖像如圖丙所示,當圖中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足以下表達式:________________時,可判斷小球下落過程中機械能守恒。 (3)實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能減少量ΔEp,增加下落高度后,則ΔEp-ΔEk將________(選填“增大”“減小”或“不變”)。 解析:(1)由題圖乙可知,主尺刻度為7 mm;游標尺上對齊的刻度為5。故讀數(shù)為:(7+5×0.05) mm=7.25 mm=0.725 cm。 (2)若減小的
27、重力勢能等于增加的動能時,可以認為機械能守恒,則有:mgH=mv2,即:2gH0=2 解得:=H0。 (3)由于該過程中有阻力做功,且高度越高,阻力做功越多;故增加下落高度后,ΔEp-ΔEk將增大。 答案:(1)0.725 (2)=H0 (3)增大 3.某同學利用如圖所示裝置來驗證機械能守恒定律。A、B是質(zhì)量均為m的小物塊,C是質(zhì)量為M的重物,A、B間由輕彈簧相連,A、C間由輕質(zhì)細繩相連。在物塊B下放置一壓力傳感器,重物C下放置一速度傳感器,壓力傳感器與速度傳感器相連。整個實驗中彈簧均處于彈性限度內(nèi),重力加速度大小為g。實驗操作如下: a.開始時,系統(tǒng)在一外力作用下保持靜止,細繩拉直
28、但張力為零?,F(xiàn)釋放C,使其向下運動,當壓力傳感器示數(shù)為零時,速度傳感器測出C的速度為v。 b.在實驗中保持A、B質(zhì)量不變,改變C的質(zhì)量M,多次重復步驟a。 回答下列問題: (1)該實驗中,M和m大小關(guān)系必須滿足M________m(選填“小于”“等于”或“大于”)。 (2)為便于研究速度v與質(zhì)量M的關(guān)系,每次測C的速度時,C已下降的高度應(yīng)________(選填“相同”或“不同”)。 (3)根據(jù)所測數(shù)據(jù),為更直觀地驗證機械能守恒定律,應(yīng)作出________(選填“v2-M”“v2-”或“v2-”)圖線。 (4)根據(jù)(3)中的圖線,若圖線在縱軸上的截距為b,則彈簧的勁度系數(shù)為_____
29、___(用題給的已知量表示)。 解析:(1)實驗過程中需要測定壓力傳感器示數(shù)為零時,C向下運動的速度v,所以必須滿足M>m。 (2)因剛開始時彈簧被壓縮,彈力大小為mg,而壓力傳感器示數(shù)為零時,彈簧被拉伸,彈力大小仍為mg,彈簧的形變量x=+=,不論C的質(zhì)量如何,測C的速度時,C已下降的高度相同,為。 (3)由題意可知彈性勢能在始、末狀態(tài)相同,為此只需驗證(m+M)v2=(M-m)gx,化簡得v2=-4mgx·+2gx,所以應(yīng)作v2-圖線。 (4)由題意知b=2gx,而x=,聯(lián)立得k=。 答案:(1)大于 (2)相同 (3)v2- (4) 4.某同學用如圖所示的裝置驗證
30、機械能守恒定律。一根細線系住鋼球,懸掛在鐵架臺上,鋼球靜止于A點。光電門固定在A的正下方,在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放,遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出,取v=作為鋼球經(jīng)過A點時的速度。記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t,計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk,就能驗證機械能是否守恒。 (1)用ΔEp=mgh計算鋼球重力勢能變化的大小,式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到________之間的豎直距離。 A.鋼球在A點時的頂端 B.鋼球在A點時的球心 C.鋼球在A點時的底端 (2)用ΔEk
31、=mv2計算鋼球動能變化的大小。用刻度尺測量遮光條寬度,示數(shù)如圖所示,其讀數(shù)為______cm。某次測量中,計時器的示數(shù)為0.010 0 s。則鋼球的速度為v=________m/s。 (3)下表為該同學的實驗結(jié)果: ΔEp(×10-2 J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔEk(×10-2 J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8 他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異,認為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點?請說明理由。 (4)請你提出一條減小上述差異的改進建議。 解析:(1)高度變化要比較鋼球球心的高度變
32、化。 (2)毫米刻度尺讀數(shù)時要估讀到毫米下一位,讀數(shù)為1.50 cm,由v=代入數(shù)據(jù)可得v=1.50 m/s。 (3)從表中數(shù)據(jù)可知ΔEk>ΔEp,若有空氣阻力,則應(yīng)為ΔEk<ΔEp,所以不同意他的觀點。 (4)實驗中遮光條經(jīng)過光電門時的速度大于鋼球經(jīng)過A點時的速度,因此由ΔEk=mv2計算得到的ΔEk偏大,要減小ΔEp與ΔEk的差異可考慮將遮光條的速度折算為鋼球的速度。 答案:(1)B (2)1.50(1.49~1.51均可) 1.50(1.49~1.51均可) (3)不同意,因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp,但表中ΔEk大于ΔEp?!?4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l,計算ΔEk時,將v折算成鋼球的速度v′=v。
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