机械能类有关研究生论文选题,关于验证机械能守恒实验题赏析相关论文范文

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从近几年的高考实验题来看,强化了实验设计和实验创新的考查,着重考查学生基本技能、创新能力和实验素养,实验创新题已成为高考命题的一种趋势和潮流.现列举几道考查“验证机械能守恒定律实验”的创新题,供赏析.

图1题1(2011年海南高考题)现要通过实验验证机械能守恒定律.实验装置如图1所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门,可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间t,用d表示A点到导轨低端C点的距离,h表示A与C的高度差,b表示遮光片的宽度,s表示A ,B 两点的距离,将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度. 用g表示重力加速度.完成下列填空和作图；

（1）若将滑块自A点由静止释放,则在滑块从A运动至B的过程中,滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为.动能的增加量可表示为.若在运动过程中机械能守恒,1t2与s的关系式为1t2等于 .

图2图3

(2)多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一点（A点）下滑,测量相应的s与t值,结果如下表所示：

12345S(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms)8.227.176.445.855.431/t2(104s-2)1.481.952.412.923.39以s为横坐标,1t2为纵坐标,在如图2所示的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点做直线,求得该直线的斜率k等于×104m-1s-2(保留3位有效数字).由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出1t2-s直线的斜率k0,将k和k0进行比较,若其差值在试验允许的范围内,则可认为此试验验证了机械能守恒定律.

解析（1）重力势能的减小量为Mgshd-mgs,动能的增加量为12（Ｍ＋ｍ）（bt）2.若在运动过程中机械能守恒有Mgshd-mgs等于12 （Ｍ＋ｍ）（bt）2,解得,1t2与s的关系式为1t2等于2gs（Mh-md）（M+m）db2.

（2）根据实验数据作图象如图3所示,据图象求出斜率

k等于(2.92-1.48)×1041.200-0.600

等于2.40×104m-1s-2.

点评本题主要考查实验原理和图象法数据处理,在实验设计和数据处理上作出了创新.本题利用光电门测得速度,改变以往利用打点计器打纸带求速度的方法,由于挡光条宽度很小,因此将挡光条通过光电门时的平均速度当作瞬时速度.在数据处理上改变了直接计算重力势能的减少量和动能的增量,再进行比较大小关系,而是利用1t2-s图象斜率为定值的特点来判断机械能是否守恒.

题2（2008年江苏高考题）某同学利用图4如图4所示的实验装置验证机械能守恒定律. 弧形轨道末端水平,离地面的高度为H. 将钢球从轨道的不同高度h处静止释放,钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.

（1）若轨道完全光滑,s2与h的理论关系应满足s2等于 （用H、h表示）.

（2）该同学经实验测量得到一组数据,如下表所示：

请在图5坐标纸上做出s2-h关系图.

h(10-1m)2.003.004.005.006.00s2(10-1m2)2.623.895.206.537.78（3）对比实验结果与理论计算得到的s2-h关系图线（图中已画出）,自同一高度静止释放的钢球,水平抛出的速率 （填“小于”或“大于”）理论值.

（4）从s2-h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著,你认为造成上述偏差的可能原因是.

图5图6解答：（1）设钢球离开轨道末端的速度为v,若轨道完全光滑,则有mgh等于12mv2. 钢球离开轨道后做平抛运动,则有s等于vt,H等于12gt2. 整理可得：s2等于4Hh.

（2）实验数据做出的s2-h关系图如图5所示.

（3）由图6可知,高度h一定,平抛水平位移s2的实际值小于理论值,故钢球平抛的速率小于理论值.

（4）钢球速率出现偏差的可能原因,一是轨道粗糙存在摩擦；二是钢球除了平动还要转动,存在转动的动能. 故答案为：摩擦,转动（回答任一合理答案即可）.

点评本题主要考查实验原理与方法、图象法处理数据、误差分析.首先在实验设计上作出了创新,用旧装置（探究平抛运动的斜槽装置）验证新结论（机械能守恒定律）,让学生感觉问题情景既熟悉又陌生.其次是数据处理上根据s2-h图象的理论值与实验值比较来判断机械能是否守恒.最后在寻找引起误差原因的答案上具有开放性与探究性.

题3如图7（a）所示,将包有白纸的圆柱棒（总质量为m）替代纸带和重物,蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之转动,使之替代打点计时器．当烧断挂圆柱的线后,圆柱棒竖直自由落下,毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号,如图7（b）所示.测得记号之间的距离依次为26 mm、42mm、58mm、74mm、90mm、106mm,已知马达铭牌上有“1500r/min”字样,由此验证机械能守恒.由以上内容回答下列问题：

图7(1) 毛笔画的线距时间间隔T等于,（b)图中圆柱棒的端是悬挂端．(填“左”或“右”)

(2) 根据图7（b)中所给数据,可知毛笔画下记号C时,圆柱棒下落速度vC等于,画下记号D时,圆柱棒下落速度vD等于,动能的变化量为,在这段位移上,圆柱棒重力势能的变化为,由此可得出结论为．

解析（1）马达的转速为1500r/min,可知其周期为T等于0.04s.由于棒做自由落体运动,故画线间距越靠近悬挂端越大,因此左端为悬挂端.

(2)由匀变速直线运动规律,可得圆柱棒下落速度为：vC等于sBD2T等于(42+58)×10-32×0.04m/s等于1.25 m/s, vD等于sCE2T等于(74+58)×10-32×0.04m/s等于1.65 m/s,所以C、D间圆柱棒动能的变化量为ΔEK等于12m(v2D-v2C)等于0.58 mJ,重力势能的改变量为ΔEp等于mghCD等于0.58 mJ.由此可得出结论为：物体在自由下落过程中机械能守恒.

如何撰写机械能硕士论文
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点评本实验设计是对课本实验原理的拓展,主要考查在新情境中,对已学知识的迁移应用,分析、处理实际问题的综合能力.本题的创新之处是在计时方式的创新,巧妙之处在于利用毛笔在圆柱棒上的划痕周期等于马达的转动周期,从而推导出两个线距之间的时间间隔.

题4为了验证碰撞中两个小球的机械能是否守恒,某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球,按下述步骤做了如下实验:

①用天平测出两个小球的质量(分别为m1和m2,且m1＞m2).

图8②按照如图8所示的那样,安装好实验装置.将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端点的切线水平.将一斜面BC连接在斜槽末端.

③先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,记下小球在斜面上的落点位置.

④将小球m2放在斜槽前端边缘处,让小球m1从斜槽顶端A处滚下,使它们发生碰撞,记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置.

⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离.图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置,到B点的距离分别为LD、LE、LF.

根据该同学的实验,回答下列问题：

(1)小球m1与m2发生碰撞后,m1的落点是图中的点,m2的落点是图中的点.

(2)用测得的物理量来表示,只要再满足关系式,则说明两小球的碰撞过程中没有能量损失.

解析

（1）D、 F

（2）设斜面倾角为θ,小球平抛运动,由Lsinθ等于12gt2,Lcosθ等于vt,得抛出速度v∝L,若没有机械能损失,则12m1v20等于12