16.利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图所示,水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上点处有一带长方形遮光片的滑块,其总质量为,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为的小球相连;遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上点有一光电门,可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间,用表示点到光电门处的距离,表示遮光片的宽度,将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过点时的瞬时速度。实验时滑块在处由静止开始运动,测得遮光片经过光电门时的挡光时间。
(1)滑块通过点的瞬时速度可表示为 (用题中字母表示);
(2)某次实验测得倾角,滑块从处到达处时,和组成的系统动能增加量可表示为 ,滑块从处到达处的过程中,系统的重力势能减少量可表示为 ,在误差允许的范围内,若,则可认为系统的机械能守恒;重力加速度用表示(用题中字母表示)。
(3)在⑵描述的实验中,某同学改变、间的距离,作出的图象如图所示,并测得,则重力加速度= m/s2。
22. 在“验证机械能守恒定律”实验中,某研究小组采用了如图甲所示的实验装置。实验的主要步骤是:在一根不可伸长的细线一端系一金属小球,另一端固定于0点,记下小球静止时球心的位置0',在O'处放置一个光电门,现将小球拉至球心距O'高度为h 处由静止释放,记下小球通过光电门时的挡光时间Δt。
(1)如图乙,用游标卡尺测得小球的直径d=____cm
(2)该同学测出一组数据如下:高度h=0.2 m,挡光时间Δt=0.0052 s,设小球质量为m,g=9.8 m/s2 。计算小球重力势能的减小量ΔEp=______,动能的增加量ΔEk=______,得出的结论: ______,分析误差产生的原因是______。
8.某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律,实验的简易示意图如下,当有不透光物体从光电门间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.所用的XDS-007光电门传感器可测的最短时间为0.01ms.将挡光效果好、宽度为d=3.8×10-3m的黑色磁带贴在透明直尺上,从一定高度由静止释放,并使其竖直通过光电门.某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间△ti与图中所示的高度差△hi,并将部分数据进行了处理,结果如下表所示。(取g=9.8m/s2,注:表格中M为直尺质量)
(1)从表格中数据可知,直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用求出的,请你简要分析该同学这样做的理由是_________________________。
(2)请将表格中数据填写完整.=__________,△E k5 =__________,Mg△h5=__________
(3)通过实验得出的结论是:____________________。
(4)根据该实验请你判断下列k-△h图象中正确的是_______。
8.某活动小组利用图甲装置验证机械能守恒定律。钢球自由下落过程中,先后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h,当地的重力加速度为g。
(1)用20分度游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为D=( )cm。
(2)要验证机械能守恒,只要比较( )。
A.与gh是否相等
B.与2gh是否相等
C.与gh是否相等
D.与2gh是否相等
(3)钢球通过光电门的平均速度( )(选填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差( )(选填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小。
(1) (2), (3)9.6
(1)由于光电门的宽度b很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度.
滑块通过光电门B速度为:
(2)滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量为:△E=(M+m)()2=;
系统的重力势能减少量可表示为:△Ep=mgd﹣Mgdsin30°=(m﹣)gd;
(3)由得: ,又 即
由图像知斜率,所以 故
这是一个根据书本上验证机械能守恒定律的实验改装后的题目.这题的关键在于研究对象不是单个物体而是滑块、遮光片与砝码组成的系统.对于系统的重力势能变化量要考虑系统内每一个物体的重力势能变化量.动能也是一样.光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法.由于光电门的宽度b很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度。
根据变量的数据作出图象,结合数学知识求出斜率.
由于光电门的宽度b很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度。