8.5 实验：验证机械能守恒定律（分层作业）-【上好课】2022-2023学年高一物理同步备课系列（人教版2019必修第二册）

第5节 验证机械能守恒定律 1、 实验原理及器材 1．用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验，其中一条纸带如图乙所示，已知交流电频率为50Hz。 （1）根据纸带所给数据，打下C点时重物的速度为________m/s（保留3位有效数字）。 （2）改用质量不同的重物a、b进行实验，根据测得的数据画出的图像，如图丙所示，通过分析发现，造成斜率小于g的原因是_____________。已知重物b的质量，当地重力加速度，则重物b所受的平均阻力=________N（保留2位有效数字）。 2．小吴利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。所用器材有：小球、细线、拉力传感器（可以测量细线的拉力）、托盘秤。当地的重力加速度大小为g。 （1）将小球静置于托盘秤上，如图乙所示，托盘秤表盘的示数如图丙所示，则小球的质量______kg。 （2）细线一端与小球相连，另一端绕在水平轴O上。将小球拉至与水平轴O同一高度处后由静止释放，小球在竖直平面内做圆周运动，若小球通过最低点时拉力传感器的示数为F，则能验证机械能守恒定律的等式为__________。 （3）若测得水平轴O与小球之间的细线长度为L，小球的直径为d，则小球做圆周运动的最大速度__________。 3．（2023春·福建南平·高一校考阶段练习）用如图的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。实验中获取的一条纸带如图所示，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打下的点（图中未标出），打点频率为50 Hz，计数点间的距离已标记在纸带上。已知m1=50 g，m2=150 g，则（g=9.8 m/s2，所有结果均保留三位有效数字） （1）在纸带上打下计数点5时的速度v5=______m/s。 （2）在打下0~5的过程中系统动能的增量ΔEk=______J，系统势能的减少量ΔEp=______J。 （3）由此得出的结论是：______； （4）在本实验中，若某同学作出了的图像，如图所示： 则当地的重力加速度的测量值g=______ m/s2。 4．某实验小组成员用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。他们在气垫导轨上安装了一个光电门，调节气垫导轨水平，装有遮光条的滑块放在导轨上，用绕过气垫导轨左端定滑轮的细线将滑块与钩码相连。 （1）实验前先用游标卡尺测出遮光条的宽度d，示数如图乙所示，则__________。 （2）由静止释放物块，与光电门相连的数字计时器，记录遮光条遮光的时间t，若滑块和遮光条的总质量为M，钩码的质量为m，滑块没有释放时遮光条到光电门的距离为L，则表达式____________________在误差允许的范围内成立，则机械能守恒定律得到验证。 （3）多次改变滑块遮光条到光电门的距离L，记录每次遮光条遮光的时间t，作出图像，如果图像是一条过原点的直线，图像的斜率等于__________，则机械能守恒定律得到验证。 2、 实验步骤与数据处理 5．小明利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，所用器材包括：安装phyphox  APP的智能手机、铁球、刻度尺、钢尺等。 （1）下列实验操作步骤，正确顺序是______ ①将质量为m的铁球放在钢尺末端 ②迅速敲击钢尺侧面，铁球自由下落 ③传感器记录下声音振幅随时间变化曲线 ④将钢尺伸出水平桌面少许，用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差h ⑤将手机位于桌面上方，运行手机中的声音“振幅”（声音传感器）项目 （2）声音振幅随时间变化曲线如图乙所示，第一、第二个尖峰的横坐标分别对应铁球开始下落和落地时刻，对应的时间间隔t=______s； （3）若铁球下落过程中机械能守恒，则应满足等式：mgh=______（用m、h、t表示）。 （4）若敲击钢尺侧面时铁球获得一个较小的水平速度，对实验测量结果______（选填“有”或“没有”）影响。 （5）小华认为应将手机放在钢尺与地板间的中点附近测量时间。你认为哪位同学的时间测量结果更准确，请简要说明理由_______。 6．（2023春·四川内江·高一四川省内江市第六中学校考阶段练习）如图所示，气垫导轨上质量为M的滑块通过轻质细绳绕过轻质动滑轮与拉力传感器相连，动滑轮下悬挂质量为m的钩码，滑块上遮光条宽度为d。实验时，滑块由静止释放，测得遮光条通过光电门的时间为△t，拉力传感器的读数为F。 （1）某同学在“探究绳子拉力对滑块做功与滑块动能变化的关系”实验时，记录滑块的初位置与光电门的距离L及挡光条通过光电门的时间△t，测得多组L和△t值。应用图像法处理数据时，为了获得线性图像应作___________图像（选填“L-”、“L−”或“L-”），该图像的斜率k=__________