实验七 验证机械能守恒定律 (二)

实验七验证机械能守恒定律

教师备用习题科

1.小王同学利用图甲所示装置完成“验证机械能守恒定律”实验.

（I）除带夹子的重物、纸带、铁架台、电火花打点计时器,在下列器材中，还必须选择的器材

是F（填器材前字母）

II

甲

A.学生电源

B.钩码

C.天平（含联码）

D.秒表

E.弹簧秤

F.刻度尺

⑵实验中，下列操作合理的是_A_

A.安装打点计时器时，保证计时器两限位孔在同一竖直线上

B.为避免损坏仪器，静止释放时，用手托住重物

C.只能选择前两点距离约为2mm的纸带处理数据

D.处理纸带时，每5个点取一个计数点为宜

（3）实验中，正确操作后得到如图乙所示的一条纸带，已知打点计时器频率为50Hz/、B、C

为3个连续的点，测得它们到。点的距离分别为仙=223cm、屉=26.56cm、％=31.23cm,

打下4点时重物的速度为2.25m/s（结果保留3位有效数字）:重物的运动方向是从C

到。（选填“从O到C喊“从C到0”）

乙

［解析］（I）实验中还必须选用的器材是刻度尺，故F正确.

⑵安装打点计时器时，保证计时器两限位孔在同一竖直线上，以减小纸带与限位孔之间的摩

擦，选项A正确;静止释放前,要用手捏住纸带的上端并保持竖直，不能用手托住重物，选项B

错误;该实验中无需满足笫1点与第2点间的距离约为2mm，选择其他的速度不为零的点做

起点也可以，选项C错误;处理纸带时，也不一定每5个点取一个计数点，选项D错误.

⑶打下B点时重物的速度为v«=—=（°3彳甘224）m/s=225m/s;重物的速度逐渐变大，相

邻点迹间距逐渐增加，则重物的运动方向是从C到O.

2.利用如图所示的实验装置探究重物下落过程中重力势能与动能的转化问题.

(1)图为一条符合实验要求的纸带。点为打点计时器打下的第一点.分别测出若干连续点4、

B、C.与0点之间的距离加、比、113…….已知打点计时器的打点周期为。重物质量为

叫重力加速度为&可得打K8点时重物的速度大小为一”

(2)取打下0点时重物的重力势能为零,计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能反和

重力势能昂建立坐标系，横轴表示山纵轴表示以和昂根据以上数据在图中绘出图线I和图

线H.已求得图线I斜率的绝对值心=2.94«1/01,图线11的斜率Q=2.80)1/01.重物和纸带在下落

［解析］(1)由于=则打下B点时重物的速度v»=—=4—1

ZU/LI

(2)图线的斜率分别表示重力与合力，因山川下田咫孑叫故图线I表示重力势能的变化，其斜

率绝对值h=〃?g；由动能定理得图线II的斜率42=〃lg-F%平均阻力与重物重

力才比为一.

3.某同学用如图所示装置做验证机械能守恒定律的实验.

数押器期门遮光条d

I>ar滑块

托盘和硅码刻度尺气垫导轨

(I)除了提供图中的器材.实验室还需要准备下列器材AC.

AR

D

(2)实验的主要步骤如下:其中不妥当的操作步骤是上.(填写步骤序号)

A.将导轨调至水平

B.测出遮光条的宽度”

C.测出托盘和祛码总质量机和带长方形遮光条的滑块总质量M

D.将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离/

E.释放滑块,然后开启气泵，读出遮光条通过光电门的挡光时间/

(3)在实验操作正确的前提下,若系统符合机械能守恒定律，测得的物理量应满足的关系式为_

里吗M垃(用⑵中给出的字母表示，己知重力加速度为g)

⑷该实验小组在研究中发现利用该装置可以测量带长方形遮光条滑块的质鼠M.实验小组多

次改变光电门的位置，且每次都将滑块从同一点4由静止释放，测出相应的L与f值,完成实

验后，某同学根据测量数据做出当心图像，测得直线的斜率为七则滑块质量M的表达式为—

汨(用题目给出的字母表示)

［解析］(1)本实验需要测出托盘和祛码、带遮光条的滑块的质量，所以需要用到天平.遮光条

的宽度比较窄，可以用游标卡尺测量.而光电门能记录时间不需要秒表.且实验中不需要测最

力，所以也用不到弹簧测力计.故选A、C.

(2)将导轨调至水平,使整个系统只有托盘和跌码的总重力做功，故A正确;测出遮光条的宽度

其从而求出经过光电门的速度，故B正确;实验中需要测出托盘和住码总质量和带长方形

遮光条的滑块总质量M故C正确;将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离/,从而

可知托盘与秋码下降的的高度，故D正确;应先开启气泵，再释放滑块，读出遮光条通过光电门

的挡光时间/，故E错误.

(3)在实验操作正确的前提下,若系统符合机械能守恒定律，测得的物理最应满足的关系式为

"X/=三加+〃?)/,其中白一，所以表达式为，〃.

(4)由题意可得整理得二=三所以斜率为上三F解得止J-

4.某同学利用图甲装置进行“验证机械能守恒定律”的实验.

(I)下列关于本实验的说法中正确的有AB(填选项前的字母).

A.选用重物时，密度大的比密度小的好，可以减小空气阻力的影响

B.实验时重物应从靠近打点计时器处由静止释放

C.实验时应先松开纸带让重物下落,然后接通电源

D.若纸带上开始打出的几个点模糊不清,则必须重新打一条纸带再进行验证

(2)若该同学按照正确的操作要求，获得了一条点迹清晰、最初两点间距接近2mm的纸带，令

打第一个点时重物所在位置为。高度，相邻计时点时间间隔为0.02s,测量部分数据并填入下

列表格，已知重物质量m=0.3kg,g取9.8mH,请在空格内补上相应的数据.(结果保留两位小

数)

测量点0123

距离x/m00.05620.07800.1040

速度W(m5)01.20

⑶该同学完成全部数据处理后,在图乙中画出了各能量与高度的关系图像，其中图线III是」

与高度h的关系图像(填选项前的字母).

A.动能Ek

B.重力势能昂

C机械能E

(4)根据图线II能得出的实验结论是在误差允许范围内、重物下落过程中机械能守恒.

［解析］(I)实验中选择的重物应该为相对质量较大、体积较小的物体，这样能减小摩擦阻力的

影响，故A正确;为了提高纸带的利用率且让打点计时器稳定工作，应让重物靠近打点计时器,

先接通电源，后由静止释放纸带，故B正确,C错误;若纸带上开头打出的几点模糊不清，也可用

后面清晰的点进行验证，故D错误.

⑵打测量点2时重物的速度为口=萨=。」。工管62

ni/s=120m/s

(3)选打第一个点时重物所在位置为0高度，重物向下运动时，高度为负值，根据重力势能表达

式Ep=mgh知，重物的重力势能也为负值，且与下落高度成正比，故A、C错误,B正确.

(4)选打第一个点时重物所在位置为0高度，此时重物的重力势能为零，动能也为零，则机械能

为零，图线1【中的机械能时刻为零，机械能守恒，故结论为:在误差允许范围内，重物下落过程中

机械能守恒.

5.有•实验装置如图所示，水平台面上固定•个斜面，斜面底端有•小圆弧与水平台面平滑连

接，且小圆弧末端与台面右端平齐，一个固定的水平木板紧靠平台右侧竖直面,用图钉将白纸

和复写纸固定在木板匕水平台面距木板的高度为“.将一个小球从斜面上高力处由静止滑

下,小球落在复写纸上后在白纸上印一个痕迹，落点距平台左侧竖直面的水平距离为心逐渐

增大小球开始释放时的初始高度，得到一系列不同的落点本实验以小球在斜面上的运动为研

究过程，重力加速度为g.

示).

(2)如果用此装置探究合力做功与动能增加量是否成正比，下列说法正确的是上^.

A.该实验中斜面不需要光滑

B.该实验要求具体计算出小球在斜面上合力大小

C.该实验是通过改变小球释放高度来改变合力做功

D.该实验中L与〃成线性关系

⑶如果用此装置验证小球从斜面上高力处由静止滑下到斜面底端这•过程中机械能守恒，斜

面需要(选填“需要”或“不需要”)保证足够光滑，如果各物理量之间满足关系式I?=4Hh

(用题中所给物理量表示)即可认为机械能守恒定律成立.

［解析］(1)根据运动学规律可知小球做平抛运动的时间为U曰,则小球做平抛运动的初速度

⑵用此装置探究合力做功与动能增加量是否成正比,设小球在斜面上所受阻力大