2025高考物理一轮复习第16讲.实验7：验证机械能守恒定律.含答案

2025高考物理一轮复习第16讲.实验7：验证机械能守恒定律.含答案202025年高考解决方案实验7：验证机械能守恒定律实验7：验证机械能守恒定律 学生姓名：学生姓名：上课时间：上课时间：第16讲实验7验证机械能守恒定律阶段复习阶段复习前段时间学习的内容现在是否依然很熟练？是否需要去自己的错题宝库游览一番？2014年高考怎么考2014年高考怎么考考点解读2011年2012年2013年---------------------知识讲解知识讲解实验目的： 验证机械能守恒定律实验原理：物体在自由下落过程中，重力势能减少，动能增加。如果忽略空气阻力，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，借助打点计时器打下纸带，由纸带测算出至某时刻下落的高度h及该时刻的瞬时速度v；进而求得重力势能的减少量和动能的增加量；比较和，若在误差允许的范围内相等，即可验证机械能守恒。测定第n点的瞬时速度：依据“物体做匀变速直线运动，在某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度”，用公式计算（T为打下相邻两点的时间间隔）。实验器材：电火花计时器（或电磁打点计时器），交流电源，纸带（复写纸片），重物（带纸带夹子），导线，刻度尺，铁架台（带夹子）。实验步骤按图装置固定好计时器，并用导线将计时器接到电压合适的交流电源上（电火花计时器要接到220V交流电源上，电磁打点计时器要接到4V～6V的交流低压电源上）。将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方。接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点。换几条纸带，重做上面的实验。从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。在挑选出的纸带上，先记下打第一个点的位置0（或A），再任意选取几个点1、2、3（或B、C、D）等，用刻度尺量出各点到0的距离、、等，如图所示。用公式计算出各点对应的瞬时速度、、等。计算出各点对应的势能减少量和动能的增加量的值，进行比较，得出结论。实验结论：在只有重力做功的情况下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但机械能的总量保持不变。实验注意事项计时器要竖直地架稳、放正。架稳就是要牢固、稳定。重物下落时它不振动；放正就是使上下两个限位孔在同一竖直平面内一条竖直线上与纸带运动方向相同，以减小纸带运动时与限位孔的摩擦（可用手提住固定好重物的纸带上端，上下拉动纸带，寻找一个手感阻力最小的位置）。打点前的纸带必须平直，不要卷曲，否则纸带在下落时会卷到计时器的上边缘上，从而增大了阻力，导致实验误差过大。接通电源前，提纸带的手必须拿稳纸带，并使纸带保持竖直，然后接通电源，待计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落，以保证第一个点迹是一个清晰的小点。对重物的要求：选用密度大、质量大些的物体，以减小运动中阻力的影响（使重力远大于阻力）。纸带的挑选：应挑选第一、二两点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。这是因为：本实验的前提是在重物做自由落体运动的情况下，通过研究重力势能的减少量与动能的增加量是否相等来验证机械能是否守恒的，故应保证纸带（重物）是在打第一个点的瞬间开始下落。计时器每隔0.02s打一次点，做自由落体运动的物体在最初0.02s内下落的距离，所以若纸带第一、二两点间的距离接近2mm，就意味着重物是在打第一个点时的瞬间开始下落的，从而满足本次实验的前提条件（打第一个点物体的初速度为零，开始做自由落体运动）。测量下落高度时，必须从起点0量起。为了减小测量的相对误差，选取的计数点要离0点适当远些（纸带也不宜过长，其有效长度可在60cm～80cm以内）。本实验并不需要知道重力势能减少量和动能增加量的具体数值，只要对和进行比较（实际上只要验证即可）以达到验证机械能守恒的目的，所以不必测出重物的质量。误差分析：做好本实验的关键是尽量减小重物下落过程中的阻力，但阻力不可能完全消除。本实验中，误差的主要来源是纸带摩擦和空气阻力。由于重物及纸带在下落中要不断地克服阻力做功，因此物体动能的增加量必稍小于重力势能的减少量，这是系统误差。减小系统误差的方法有选用密度大的实心重物，重物下落前纸带应保持竖直，选用电火花计时器等。由于测量长度会造成误差，属偶然误差，减少办法一是测距离都应从起点0量起，下落高度h适当大些（过小，h不易测准确；过大，阻力影响造成的误差大），二是多测几次取平均值。利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中，下面叙述正确的是（）A．应该用天平称出物体的质量B．应该选用点迹清晰，特别是第一点没有拉成长条的纸带C．操作时应在接通电源的同时放开纸带D．打点计时器应接在电压为4～6V的直流电源上某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是（）A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源B．将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度C．先释放纸带，再接通电源D．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据如图所示，小球从竖直砖墙某位置静止释放，用频闪照相机在同一底片上多次曝光，得到了图中1、2、3、4、5…所示小球运动过程中每次曝光的位置。连续两次曝光的时间间隔均为T，每块砖的厚度为d。根据图中的信息，下列判断正确的是（）A．能判定位置“1”是小球释放的初始位置B．能求出小球下落的加速度为eq\f(d,T2)C．能求出小球在位置“3”的速度为eq\f(7d,2T)D．如果已知d和T的数值，就能判定小球下落过程中机械能是否守恒光电计时器是物理实验中经常用到的一种精密计时仪器，它由光电门和计时器两部分组成，光电门的一臂的内侧附有发光装置（发射激光的装置是激光二极管，发出的光束很细），如图中的A和A′，另一臂的内侧附有接收激光的装置，如图中的B和B′，当物体在它们之间通过时，二极管发出的激光被物体挡住，接收装置不能接收到激光信号，同时计时器就开始计时，直到挡光结束光电计时器停止计时，故此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间．现有一小球从两光电门的正上方开始自由下落，如图所示，（1）若要用这套装置来验证机械能守恒定律，则要测量的物理量有________（每个物理量均用文字和字母表示，如高度H）（2）验证机械能守恒定律的关系式为________________．如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1>m2.现要利用此装置验证机械能守恒定律．（1）若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有________．（在横线上填入选项前的编号）①物块的质量m1、m2；②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；④绳子的长度．（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：①绳的质量要轻；②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；④两个物块的质量之差要尽可能大．以上建议中确实对提高准确程度有作用的是________．（在横线上填入选项前的编号）（3）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：______________________.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是（）A．重物质量的称量不准会造成较大误差 B．重物质量选用得大些，有利于减小误差C．重物质量选用得较小些，有利于减小误差 D．纸带下落和打点不同步不会影响实验有4条用打点计时器（所用交流电频率为50Hz）打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的。为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为s1、s2、s3。请你根据下列s1、s2、s3的测量结果确定该纸带为（已知当地的重力加速度为9.791m/s2）（）A．61.0mm65.8mm70.7mm B．41.2mm45.1mm53.0mmC．49.6mm53.5mm57.3mm D．60.5mm61.0mm60.6mm某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表（当地重力加速度取10m/s2，小球质量m＝0.2kg，结果保留三位有效数字）：时刻t2t3t4t5速度（m/s）5.595.084.58（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s。（2）从t2到t5时间内，重力势能增加量ΔEp＝_____J，动能减小量ΔEk＝_____J。（3）在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp___ΔEk（选填“>”“<”或“＝”），造成这种结果的主要原因是______。（1）图乙的图像中，表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是________（按顺序填写相应图线所对应的文字）。（2）根据图乙所示的实验图像，可以得出的结论是___________________________________________________________________________________________________。某研究性学习小组在做“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80m/s2。测得所用重物的质量为1.00kg。（1）下面叙述中正确的是________。A．应该用天平称出重物的质量B．可选用点迹清晰，第一、二两点间的距离接近2mm的纸带来处理数据C．操作时应先松开纸带再通电D．打点计时器应接在电压为4～6V的交流电源上（2）实验中甲、乙、丙三学生分别用同一装置得到三条点迹清晰的纸带，量出各纸带上第一、二两点间的距离分别为0.18cm、0.19cm、0.25cm，则可肯定________同学在操作上有错误，错误是________。若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O间的距离分别为15.55cm、19.20cm和23.23cm。则当打点计时器打点B时重物的瞬时速度v＝________m/s；重物由O到B过程中，重力势能减少了________J，动能增加了________J（保留3位有效数字），根据所测量的数据，还可以求出重物实际下落的加速度为________m/s2，则重物在下落的过程中所受到的阻力为________N。某实验小组利用如图所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。（1）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？_______________________________________________________________________（2）如图实所示（经放大后的），游标卡尺测得遮光条的宽度d＝________cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt＝1.2×10－2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为________m/s。在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、________和________（文字说明并用相应的字母表示，g为已知）。（3）本实验通过比较________和________在实验误差允许的范围内是否相等（用测量的物理量符号表示），从而验证系统的机械能守恒。（1）在“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器、复写纸、低压直流电源、天平、导线、秒表、开关、夹子。其中不必要的器材是，缺少的器材是。（2）利用电火花计时器做如下实验。某同学使用如图所示的装置来验证“机械能守恒定律”，下面是操作步骤：a．按图示安装器材；b．松开铁夹，使重锤带动纸带下落；c．接通电火花计时器电源，使计时器开始工作d．进行数据处理：e．根据需要，在纸带上测量数据。把上述必要的操作步骤按正确的顺序排列。（3）利用图示装置进行验证机械能守恒定律的试验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度和下落高度。某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。 a．用刻度尺测出物体下落的高度，并测出下落时间,通过计算出瞬时速度. b．用刻度尺测出物体下落的高度，并通过计算出瞬时速度. c．根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度，并通过计算出高度. d．用刻度尺测出物体下落的高度，根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度。 以上方案中只有一种正确，正确的是。（填入相应的字母）知识讲解知识讲解实验原理：物体在自由下落过程中，重力势能减少，动能增加。如果忽略空气阻力，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，借助打点计时器打下纸带，由纸带测算出至某时刻下落的高度h及该时刻的瞬时速度v；进而求得重力势能的减少量和动能的增加量；比较和，若在误差允许的范围内相等，即可验证机械能守恒。测定第n点的瞬时速度：依据“物体做匀变速直线运动，在某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度”，用公式____________计算（T为打下相邻两点的时间间隔）。实验步骤按图装置固定好计时器，并用导线将计时器接到电压合适的交流电源上（电火花计时器要接到220V交流电源上，电磁打点计时器要接到4V～6V的交流低压电源上）。将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方。接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点。换几条纸带，重做上面的实验。从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的距离接近______且点迹清晰的纸带进行测量。在挑选出的纸带上，先记下打第一个点的位置0（或A），再任意选取几个点1、2、3（或B、C、D）等，用刻度尺量出各点到0的距离、、等，如图所示。用公式计算出各点对应的瞬时速度、、等。计算出各点对应的势能减少量和动能的增加量的值，进行比较，得出结论。实验结论：在只有重力做功的情况下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但机械能的总量保持不变。实验注意事项计时器要竖直地架稳、放正。架稳就是要牢固、稳定。重物下落时它不振动；放正就是使上下两个限位孔在同一竖直平面内一条竖直线上与纸带运动方向相同，以减小纸带运动时与限位孔的摩擦（可用手提住固定好重物的纸带上端，上下拉动纸带，寻找一个手感阻力最小的位置）。打点前的纸带必须平直，不要卷曲，否则纸带在下落时会卷到计时器的上边缘上，从而增大了阻力，导致实验误差过大。接通电源前，提纸带的手必须拿稳纸带，并使纸带保持竖直，然后接通电源，待计时器正常工作后，____________，以保证第一个点迹是一个清晰的小点。对重物的要求：选用______、质量大些的物体，以减小运动中阻力的影响（使重力远大于阻力）。纸带的挑选：应挑选第一、二两点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。这是因为：本实验的前提是在重物做自由落体运动的情况下，通过研究重力势能的减少量与动能的增加量是否相等来验证机械能是否守恒的，故应保证纸带（重物）是在打第一个点的瞬间开始下落。计时器每隔0.02s打一次点，做自由落体运动的物体在最初0.02s内下落的距离，所以若纸带第一、二两点间的距离接近2mm，就意味着重物是在打第一个点时的瞬间开始下落的，从而满足本次实验的前提条件（打第一个点物体的初速度为零，开始做自由落体运动）。测量下落高度时，必须从______量起。为了减小测量的相对误差，选取的计数点要离0点适当远些（纸带也不宜过长，其有效长度可在60cm～80cm以内）。本实验并不需要知道重力势能减少量和动能增加量的具体数值，只要对和进行比较（实际上只要验证____________即可）以达到验证机械能守恒的目的，所以不必测出重物的质量。误差分析：做好本实验的关键是尽量减小重物下落过程中的阻力，但阻力不可能完全消除。本实验中，误差的主要来源是____________。由于重物及纸带在下落中要不断地克服阻力做功，因此物体动能的增加量必稍______重力势能的减少量，这是系统误差。减小系统误差的方法有选用密度大的实心重物，重物下落前纸带应保持竖直，选用电火花计时器等。由于测量长度会造成误差，属偶然误差，减少办法一是测距离都应从起点0量起，下落高度h适当大些（过小，h不易测准确；过大，阻力影响造成的误差大），二是多测几次取平均值。巩固练习巩固练习在“验证机械能守恒定律”的实验中，利用重锤拖着纸带自由下落，通过打点计时器并打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律． （1）在实验过程，下列说法正确的是：______________．A．必须使用的测量仪器有：打点计时器、天平和刻度尺B．打点计时器的两个限位孔要在同一竖直线上C．实验中其他条件相同时，选用重锤质量的大小不影响实验的误差D．选用纸带上任意两点的数据都可以验证机械能守恒定律（2）按图所示安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示．图中点为打点起始点，且速度为零． 选取纸带上打出的连续点、…，测出其中点距打点起始点的距离分别为，已知重锤质量为，当地重力加速度为，打点计时器打点周期为．为验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算从打下点到打下点的过程中，重锤重力势能的减少量，动能的增加量（用题中所给字母表示）． （3）以各点到起始点的距离为横坐标，以各点速度的平方为纵坐标建立直角坐标系，用实验测得的数据绘出图线，如图所示．从图线求得重锤下落的速度．（保留3位有效数字）一个同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系，进行了如下实验：在离地面高度为h的光滑水平桌面上，沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为m的一个小钢球接触。当弹簧处于自然长度时，小钢球恰好在桌子边缘，如图所示。让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，使钢球沿水平方向射出桌面，小钢球在空中飞行后落在水平地面上，水平距离为s。 （1）小刚球离开桌面时的速度大小为v=________，弹簧的弹性势能与小钢球质量m、桌面离地面高度h、小钢球飞行的水平距离s等物理量之间的关系式为。（2）弹簧的压缩量x与对应的钢球在空中飞行的水平距离s的实验数据如下表所示：弹簧的压缩量x（cm）1.001.502.002.503.003.50小钢球飞行的水平距离s（m）2.013.004.014.966.017.00 由实验数据，可确定弹性势能Ep与弹簧的压缩量x的关系为（）（式中k为比例系数） A．Ep=kx B．Ep=kEQ\R(,x) C．Ep=kx2 D．Ep=kEQ\F(1,x)202025年高考解决方案实验7：验证机械能守恒定律实验7：验证机械能守恒定律 学生姓名：学生姓名：上课时间：上课时间：第16讲实验7验证机械能守恒定律阶段复习阶段复习前段时间学习的内容现在是否依然很熟练？是否需要去自己的错题宝库游览一番？2014年高考怎么考2014年高考怎么考考点解读2011年2012年2013年---------------------知识讲解知识讲解实验目的： 验证机械能守恒定律实验原理：物体在自由下落过程中，重力势能减少，动能增加。如果忽略空气阻力，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，借助打点计时器打下纸带，由纸带测算出至某时刻下落的高度h及该时刻的瞬时速度v；进而求得重力势能的减少量和动能的增加量；比较和，若在误差允许的范围内相等，即可验证机械能守恒。测定第n点的瞬时速度：依据“物体做匀变速直线运动，在某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度”，用公式计算（T为打下相邻两点的时间间隔）。实验器材：电火花计时器（或电磁打点计时器），交流电源，纸带（复写纸片），重物（带纸带夹子），导线，刻度尺，铁架台（带夹子）。实验步骤按图装置固定好计时器，并用导线将计时器接到电压合适的交流电源上（电火花计时器要接到220V交流电源上，电磁打点计时器要接到4V～6V的交流低压电源上）。将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方。接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点。换几条纸带，重做上面的实验。从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。在挑选出的纸带上，先记下打第一个点的位置0（或A），再任意选取几个点1、2、3（或B、C、D）等，用刻度尺量出各点到0的距离、、等，如图所示。用公式计算出各点对应的瞬时速度、、等。计算出各点对应的势能减少量和动能的增加量的值，进行比较，得出结论。实验结论：在只有重力做功的情况下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但机械能的总量保持不变。实验注意事项计时器要竖直地架稳、放正。架稳就是要牢固、稳定。重物下落时它不振动；放正就是使上下两个限位孔在同一竖直平面内一条竖直线上与纸带运动方向相同，以减小纸带运动时与限位孔的摩擦（可用手提住固定好重物的纸带上端，上下拉动纸带，寻找一个手感阻力最小的位置）。打点前的纸带必须平直，不要卷曲，否则纸带在下落时会卷到计时器的上边缘上，从而增大了阻力，导致实验误差过大。接通电源前，提纸带的手必须拿稳纸带，并使纸带保持竖直，然后接通电源，待计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落，以保证第一个点迹是一个清晰的小点。对重物的要求：选用密度大、质量大些的物体，以减小运动中阻力的影响（使重力远大于阻力）。纸带的挑选：应挑选第一、二两点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。这是因为：本实验的前提是在重物做自由落体运动的情况下，通过研究重力势能的减少量与动能的增加量是否相等来验证机械能是否守恒的，故应保证纸带（重物）是在打第一个点的瞬间开始下落。计时器每隔0.02s打一次点，做自由落体运动的物体在最初0.02s内下落的距离，所以若纸带第一、二两点间的距离接近2mm，就意味着重物是在打第一个点时的瞬间开始下落的，从而满足本次实验的前提条件（打第一个点物体的初速度为零，开始做自由落体运动）。测量下落高度时，必须从起点0量起。为了减小测量的相对误差，选取的计数点要离0点适当远些（纸带也不宜过长，其有效长度可在60cm～80cm以内）。本实验并不需要知道重力势能减少量和动能增加量的具体数值，只要对和进行比较（实际上只要验证即可）以达到验证机械能守恒的目的，所以不必测出重物的质量。误差分析：做好本实验的关键是尽量减小重物下落过程中的阻力，但阻力不可能完全消除。本实验中，误差的主要来源是纸带摩擦和空气阻力。由于重物及纸带在下落中要不断地克服阻力做功，因此物体动能的增加量必稍小于重力势能的减少量，这是系统误差。减小系统误差的方法有选用密度大的实心重物，重物下落前纸带应保持竖直，选用电火花计时器等。由于测量长度会造成误差，属偶然误差，减少办法一是测距离都应从起点0量起，下落高度h适当大些（过小，h不易测准确；过大，阻力影响造成的误差大），二是多测几次取平均值。利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中，下面叙述正确的是（）A．应该用天平称出物体的质量B．应该选用点迹清晰，特别是第一点没有拉成长条的纸带C．操作时应在接通电源的同时放开纸带D．打点计时器应接在电压为4～6V的直流电源上【答案】B某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是（）A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源B．将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度C．先释放纸带，再接通电源D．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据【解析】使用打点计时器的实验均需先通电且打点稳定时才能松开纸带．【答案】C如图所示，小球从竖直砖墙某位置静止释放，用频闪照相机在同一底片上多次曝光，得到了图中1、2、3、4、5…所示小球运动过程中每次曝光的位置。连续两次曝光的时间间隔均为T，每块砖的厚度为d。根据图中的信息，下列判断正确的是（）A．能判定位置“1”是小球释放的初始位置B．能求出小球下落的加速度为eq\f(d,T2)C．能求出小球在位置“3”的速度为eq\f(7d,2T)D．如果已知d和T的数值，就能判定小球下落过程中机械能是否守恒【答案】BCD光电计时器是物理实验中经常用到的一种精密计时仪器，它由光电门和计时器两部分组成，光电门的一臂的内侧附有发光装置（发射激光的装置是激光二极管，发出的光束很细），如图中的A和A′，另一臂的内侧附有接收激光的装置，如图中的B和B′，当物体在它们之间通过时，二极管发出的激光被物体挡住，接收装置不能接收到激光信号，同时计时器就开始计时，直到挡光结束光电计时器停止计时，故此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间．现有一小球从两光电门的正上方开始自由下落，如图所示，（1）若要用这套装置来验证机械能守恒定律，则要测量的物理量有________（每个物理量均用文字和字母表示，如高度H）（2）验证机械能守恒定律的关系式为________________．【解析】（1）需要测量的物理量有：小球直径D，两光电门间的竖直高度H，小球通过上下两光电门的时间Δt1、Δt2.则小球通过上、下两光电门处的速度分别为eq\f(D,Δt1)、eq\f(D,Δt2).（2）验证守恒关系式为：eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt2)))2－eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt1)))2＝mgH，化简得：eq\f(D2,Δt\o\al(2,2))－eq\f(D2,Δt\o\al(2,1))＝2gH.【答案】（1）小球直径D、两光电门间的竖直高度H、小球通过上下两光电门的时间Δt1、Δt2（2）eq\f(D2,Δt\o\al(2,2))－eq\f(D2,Δt\o\al(2,1))＝2gH如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1>m2.现要利用此装置验证机械能守恒定律．（1）若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有________．（在横线上填入选项前的编号）①物块的质量m1、m2；②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；④绳子的长度．（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：①绳的质量要轻；②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；④两个物块的质量之差要尽可能大．以上建议中确实对提高准确程度有作用的是________．（在横线上填入选项前的编号）（3）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：______________________.【解析】（1）通过连结在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律，即验证系统的势能变化与动能变化是否相等，A、B连结在一起，A下降的距离一定等于B上升的距离；A、B的速度大小总是相等的，故②、③只测其中之一即可，不需要测量绳子的长度．填①②或①③.（2）如果绳子质量不能忽略，则A、B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能，从而为验证机械能守恒定律带来误差；若物块摇摆，则两物块的速度有差别，为计算系统的动能带来误差；两个物块质量差较大时，就可以使两物体下降过程时间变短，由计时所带来的误差影响就会越大，故正确选项①③.【答案】（1）①②或①③（2）①③（3）例如：“对同一高度进行多次测量取平均值”；“选取受力后相对伸长尽量小的绳”；等下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是（）A．重物质量的称量不准会造成较大误差B．重物质量选用得大些，有利于减小误差C．重物质量选用得较小些，有利于减小误差D．纸带下落和打点不同步不会影响实验【解析】验证机械能守恒，即验证减少的重力势能是否等于增加的动能即mgh＝eq\f(1,2)mv2，其中质量可以约去，没必要测量重物质量，A不正确。当重物质量大一些时，空气阻力可以忽略，B正确，C错误。纸带先下落而后打点，此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是重物在打第一个点时就有了初动能，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，D错误。【答案】B有4条用打点计时器（所用交流电频率为50Hz）打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的。为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为s1、s2、s3。请你根据下列s1、s2、s3的测量结果确定该纸带为（已知当地的重力加速度为9.791m/s2）（）A．61.0mm65.8mm70.7mm B．41.2mm45.1mm53.0mmC．49.6mm53.5mm57.3mm D．60.5mm61.0mm60.6mm【解析】验证机械能守恒定律采用重锤的自由落体运动实现，所以相邻的0.02s内的位移增加量为Δs＝gT2＝9.791×0.022mm≈3.9mm，只有C符合要求。故选C。【答案】C某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表（当地重力加速度取10m/s2，小球质量m＝0.2kg，结果保留三位有效数字）：时刻t2t3t4t5速度（m/s）5.595.084.58（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s。（2）从t2到t5时间内，重力势能增加量ΔEp＝_____J，动能减小量ΔEk＝_____J。（3）在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp___ΔEk（选填“>”“<”或“＝”），造成这种结果的主要原因是______。【解析】（1）v5＝eq\f(19.14＋21.66,0.05×2)cm/s＝408cm/s＝4.08m/s。（2）由题给条件知：h25＝（26.68＋24.16＋21.66）cm＝72.5cm＝0.725mΔEp＝mgh25＝0.2×10×0.725J＝1.45JΔEk＝eq\f(1,2)mv22－eq\f(1,2)mv52＝eq\f(1,2)×0.2×（5.592－4.082）J＝1.46J（3）由（2）中知ΔEp<ΔEk，因为存在空气摩擦等原因，导致重力势能的增加量小于动能的减少量。【答案】（1）4.08（2）1.451.46（3）<原因见解析（1）图乙的图像中，表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是________（按顺序填写相应图线所对应的文字）。（2）根据图乙所示的实验图像，可以得出的结论是___________________________________________________________________________________________________。【解析】（1）小球由A到D过程中重力势能减小，动能增加，由题图乙的图像知机械能总量不变，故表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是乙、丙、甲。（2）由实验结果知：在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒。【答案】（1）乙、丙、甲（2）在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒某研究性学习小组在做“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80m/s2。测得所用重物的质量为1.00kg。（1）下面叙述中正确的是________。A．应该用天平称出重物的质量B．可选用点迹清晰，第一、二两点间的距离接近2mm的纸带来处理数据C．操作时应先松开纸带再通电D．打点计时器应接在电压为4～6V的交流电源上（2）实验中甲、乙、丙三学生分别用同一装置得到三条点迹清晰的纸带，量出各纸带上第一、二两点间的距离分别为0.18cm、0.19cm、0.25cm，则可肯定________同学在操作上有错误，错误是________。若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O间的距离分别为15.55cm、19.20cm和23.23cm。则当打点计时器打点B时重物的瞬时速度v＝________m/s；重物由O到B过程中，重力势能减少了________J，动能增加了________J（保留3位有效数字），根据所测量的数据，还可以求出重物实际下落的加速度为________m/s2，则重物在下落的过程中所受到的阻力为________N。【解析】（1）本实验中只需验证gh与eq\f(v2,2)的关系，不需要测重物质量，操作时应先接通电源再松开纸带，可选用点迹清晰，第一、二两点间的距离接近2mm的纸带来处理数据，A、C错，B、D对。（2）实验中理想的纸带应是点迹清晰，第一、二两点间的距离略小于2mm的纸带，所以丙错误，错误在于操作中先松开了纸带，再接通了电源，致使纸带上第一、二两点间间距增大。利用公式vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)可计算出打点B时重物的瞬时速度为1.92m/s。重物由O到B过程中，重力势能减少了ΔEp＝mgh＝1.00×9.8×19.20×10－2J＝1.88J；动能增加了ΔEk＝eq\f(1,2)mv2＝1.84J，由Δh＝aT2可求出重物实际下落的加速度为a＝9.5m/s2，由牛顿第二定律知重物在下落的过程中所受到的阻力满足mg－F阻＝ma，所以F阻＝0.3N。【答案】（1）BD（2）丙先松开了纸带，再接通了电源1.921.881.849.50.3某实验小组利用如图所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。（1）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？_______________________________________________________________________（2）如图实所示（经放大后的），游标卡尺测得遮光条的宽度d＝________cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt＝1.2×10－2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为________m/s。在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、________和________（文字说明并用相应的字母表示，g为已知）。（3）本实验通过比较________和________在实验误差允许的范围内是否相等（用测量的物理量符号表示），从而验证系统的机械能守恒。【解析】（1）检验气垫导轨底座是否水平时，可以先接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块在导轨上各个位置均能静止时，说明导轨是水平的。（2）游标卡尺的读数为d＝5mm＋0.1mm×2＝5.2mm＝0.52cm；滑块通过光电门时的瞬时速度为v＝eq\f(d,Δt)＝0.43m/s；应测出滑块上的遮光条的初位置到光电门的距离x和滑块的质量M。（3）系统重力势能的减少量为mgx，系统动能的增加量为eq\f(1,2)（M＋m）v2＝eq\f(1,2)（M＋m）（eq\f(d,Δt)）2，若两者相等时，可认为系统的机械能守恒。【答案】（1）接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的（或取下钩码，轻推滑块，滑块基本能做匀速直线运动）。（2）0.520.43滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离x滑块的质量M（3）mgxeq\f(1,2)（M＋m）（eq\f(d,Δt)）2（1）在“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器、复写纸、低压直流电源、天平、导线、秒表、开关、夹子。其中不必要的器材是，缺少的器材是。（2）利用电火花计时器做如下实验。某同学使用如图所示的装置来验证“机械能守恒定律”，下面是操作步骤：a．按图示安装器材；b．松开铁夹，使重锤带动纸带下落；c．接通电火花计时器电源，使计时器开始工作d．进行数据处理：e．根据需要，在纸带上测量数据。把上述必要的操作步骤按正确的顺序排列。（3）利用图示装置进行验证机械能守恒定律的试验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度和下落高度。某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。 a．用刻度尺测出物体下落的高度，并测出下落时间,通过计算出瞬时速度. b．用刻度尺测出物体下落的高度，并通过计算出瞬时速度. c．根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度，并通过计算出高度. d．用刻度尺测出物体下落的高度，根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度。 以上方案中只有一种正确，正确的是。（填入相应的字母）【答案】（1）低压直流电源、天平、秒表；低压交流电源、重物、刻度尺；（2）a、c、b、e、d；（3）d知识讲解知识讲解实验原理：物体在自由下落过程中，重力势能减少，动能增加。如果忽略空气阻力，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，借助打点计时器打下纸带，由纸带测算出至某时刻下落的高度h及该时刻的瞬时速度v；进而求得重力势能的减少量和动能的增加量；比较和，若在误差允许的范围内相等，即可验证机械能守恒。测定第n点的瞬时速度：依据“物体做匀变速直线运动，在某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度”，用公式____________计算（T为打下相邻两点的时间间隔）。实验步骤按图装置固定好计时器，并用导线将计时器接到电压合适的交流电源上（电火花计时器要接到220V交流电源上，电磁打点计时器要接到4V～6V的交流低压电源上）。将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方。接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点。换几条纸带，重做上面的实验。从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的距离接近______且点迹清晰的纸带进行测量。在挑选出的纸带上，先记下打第一个点的位置0（或A），再任意选取几个点1、2、3（或B、C、D）等，用刻度尺量出各点到0的距离、、等，如图所示。用公式计算出各点对应的瞬时速度、、等。计算出各点对应的势能减少量和动能的增加量的值，进行比较，得出结论。实验结论：在只有重力做功的情况下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但机械能的总量保持不变。实验注意事项计时器要竖直地架稳、放正。架稳就是要牢固、稳定。重物下落时它不振动；放正就是使上下两个限位孔在同一竖直平面内一条竖直线上与纸带运动方向相同，以减小纸带运动时与限位孔的摩擦（可用手提住固定好重