2015高考物理复习方案(全国卷)作业手册：实验6 验证机械能守恒定律 含答案

实验(六)[实验6验证机械能守恒定律］
1．在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，打点计时器的两个限位孔不在同一竖直线上会使纸带通过时受到较大阻力，这样导致的实验结果是( ）
A．mgh>错误!mv2B．mgh<错误!mv2
C．mgh＝1
2
mv2D．以上均有可能
2．如图S6­1所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带,我们选N点来验证机械能守恒定律．下面列举了一些计算打N点时纸带下落速度的方法，其中正确的是(T为打点周期）( ）
图S6.1
A．N点是第n个点，则v N＝gnT
B．N点是第n个点，则v N＝g（n－1）T
C．v N＝错误!
D．v N＝错误!
3．关于利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验,以下说法正确的是（）
A．实验中摩擦力是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越少，误差就越小
B．实验时需称出重锤的质量
C．纸带上第1、2两点间的距离若不接近2 mm,则无论怎样处理实验数据，实验误差都一定较大
D．处理打点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹,而不必选取计数点
图S6­2
4．利用如图S6。

2所示装置可以验证机械能守恒定律，实验中电火花计时器所用交流电源的频率为50 Hz，得到如图S6。

3所示的纸带．选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A 点距起点O的距离为x0＝19.00 cm,点A、C间的距离为x1＝8。

36 cm,点C、E间的距离为x2＝9。

88 cm，取9。

8 m/s2，测得重物的质量为100 g。

选取O、C两点为初末位置验证机械能守恒定律．重物减少的重力势能为________ J，打下C点时重物的动能为________J．(结果保留两位有效数字）
图S6。

3
5．图S6。

4甲是某实验小组验证钩码和滑块组成的系统机械能守恒的实验装置,图中的气垫导轨被水平地固定在实验台上．
甲乙
图S6.4
(1)实验中,用螺旋测微器测量遮光条的宽度d,测量结果如图乙所示，则遮光条的宽度d＝________mm。

(2）实验时将滑块从图示位置由静止释放，由光电计时器读出遮光条通过光电门所用的时间Δt，钩码的质量m已用天平测得，为了验证系统机械能守恒，在本次实验中还需要测量的物理量有
__________________________(文字说明并用相应的字母表示）．
(3)在实验误差允许的范围内,本实验验证机械能守恒的关系式是__________(用测量的物理量符号表示)．
6．利用气垫导轨装置验证机械能守恒定律时，先把导轨调成水平,然后按如图S6.5所示的方式，用垫块把导轨一端垫高H,质量为m的滑块上安装宽度d＝3.0 cm的遮光板．使滑块由轨道上端任一处滑下，测出它通过光电门G1和G2时的速度v1和v2,就可以算出它由G1到G2这段过程中动能的增加量ΔE k＝错误!m(v错误!－v错误!），再算出重力势能的减少量ΔE p＝mgh，比较ΔE k与ΔE p的大小，便可验证机械能是否守恒．图中H、L、s均已事先设定,滑块通过两个光电门所用时间分别为Δt1和Δt2。

图S6。

5
(1）滑块速度v1、v2的表达式分别为v1＝________、v2＝________，滑块通过G1、G2时的高度差h的表达式h＝__________．
(2)若测得图中L＝1.0 m，s＝0.50 m，H＝20 cm，m＝500 g，滑块通过G1和G2的时间分别为5.0×10－2 s和2.0×10－2s，当地重力加速度g＝9.80 m/s2，则动能增加量ΔE k＝______,重力势能减少量ΔE p＝______(以上两空均保留三位有效数字），由此得到的实验结论是__________________________________．
7．在用自由落体运动验证机械能守恒定律时,某同学按照正确的操作得到如图S6­6所示的纸带，其中O是起始点，A、B、C是由频率为50 Hz的打点计时器连续打下的3个点．该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中(单位：cm）．
图S6.6
(1）这三个数据中不符合有效数字读数要求的是________(选填“OA”“OB”或“OC”)段，应记作____cm。

(2)甲同学用质量为1 kg的重锤在OB段的运动来验证机械能守恒定律，已知当地的重力加速度g取9.80 m/s2,他用AC段的平均速度作为B点处的瞬时速度，则OB段重锤重力势能的减少量为____________，而动能的增加量为__________（以上两空均保留三位有效数字)．这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量________动能的增加量（选填“大于”“小于”或“等于”)．
(3)乙同学根据同一条纸带的同一组数据,也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，将打点计时器打下的第一个点O记为第1个点,图中的B是打点计时器打下的第9个点．因此他用v B＝gt计算B点的瞬时速度,得到动能的增加量，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量________动能的增加量（选填“大于"“小于”或“等于”），原因是________________________________________________________________________．
(4)丙同学根据同一条纸带上测量出的数据,算出A、B之间的距离以及B、C之间的距离，利用公式a＝错误!算出纸带下落时的重力加速度a，并把这个加速度当做当地的重力加速度计算出重力势能的减少量；同时用AC段的平均速度作为B点的瞬时速度从而算出动能的增加量，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量________动能的增加量（选填“大于"“小于”或“等于”)，原因是________________________________________________________________________．8．“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图S6。

7所示的甲或乙方案来进行．
（1）两种方案中，较理想的是________（选填“甲”或“乙”）方案．
图S6.7
（2)图S6.8是实验中得到的一条纸带，图中所标的数据是相邻两个计数点间的距离，已知每相
邻两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s,则B点对应物体的速度v B＝__________m/s，D点对应物体的
速度v D＝____m/s.
（3）经分析该纸带是采用________(选填“甲”或“乙”)实验方案得到的．
图S6。

8
9．(1）关于利用自由落体运动验证机械能守恒定律实验的叙述中，正确的有（）
A．打点计时器安装时要使两个限孔位于同一竖直线上并安装稳定,以减小纸带下落过程中的阻力
B．需用天平测出重锤的质量
C．打点计时器用四节干电池串联而成的电池组作为电源
D．用手托着重锤，先闭合打点计时器的电源开关，然后释放重锤
E．打出的纸带中，只要点迹清晰，就可以运用公式mgΔh＝错误!mv2验证机械能是否守恒
F．验证机械能是否守恒必须先确定重力势能的参考平面
（2）验证机械能是否守恒时，实验中计算某一点的速度时，甲同学用v＝gt来计算，乙同学用
v n＝错误!来计算．其中________同学的计算方法更符合实验要求．重力加速度g的数值，甲同学用
9.8 m/s2代入,乙同学用通过对纸带分析计算出重锤下落的实际加速度代入,丙同学用当地的实际重力
加速度代入，其中________同学的做法是正确的．
(3)甲同学实验计算结果时发现重物重力势能的减少量ΔE p略大于动能的增加量ΔE k，乙同学发现Δ
E
〈ΔE k,实验过程中肯定存在错误的是______同学．本实验中引起误差的主要原因是p
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
实验(六)
1。

A [解析］重物下落需克服阻力做功，因此机械能不守恒，重物减少的重力势能一部分转化为动能，另一部分用于克服摩擦力做功而转化为内能，故减小的重力势能大于增加的动能．选项A 正确．
2．C [解析］承认物体下落的实际加速度为g，即承认了机械能守恒,故不能采用公式v＝gt 计算打N点时纸带下落的速度，N点的速度为x n和x n＋1段的平均速度，即v N＝错误!；或者用v N＝错误!表示N点的速度，故只有选项C正确．
3. D
4．0.27 0。

26
［解析］重物减少的重力势能ΔE p＝mg(x0＋x1）＝0。

27 J,打C点时重物的速度v C＝错误!＝2.28 m/s，动能E k＝错误!mv错误!＝0.26 J.
5．(1)3.695 （2)滑块的质量M滑块由静止运动到光电门的位移x（3)mgx＝(M＋m)d2 2（Δt）2
[解析］(1）d＝3.5 mm＋19。

5×0。

01 mm＝3.695 mm.
（2）验证钩码和滑块组成的系统机械能守恒，计算减少的重力势能时需用到滑块由静止运动到光电门的位移x，计算增加的动能时需用到滑块的质量M。

（3）滑块经过光电门时的速度v＝错误!,上述过程中滑块和钩码系统增加的动能ΔE k＝错误!（M
＋m)v2＝（M＋m）d2
2（Δt2），减少的重力势能ΔE p＝mgx.如果在实验误差允许的范围内ΔE p＝
ΔE k,即mgs＝错误!,则验证了机械能守恒定律．
6．(1)d
Δt1错误!错误!s(2）0.473 J 0。

490 J 在误差允许范围内,滑块下滑过程中机械能守
恒
7．（1)OC15。

70 （2）1.22 J 1.20 J 大于（3)小于略
（4)等于略
8．（1）甲（2）0。

95 1。

91 （3)乙
[解析］(1）物体只受重力作用或阻力可忽略不计时，物体的机械能守恒，乙图方案中物体受到的阻力比较大,所以方案甲比较理想．
（2）v B＝错误!＝错误!m/s＝0。

95 m/s，v D＝错误!＝错误!m/s＝1.91 m/s.
（3)根据纸带求出物体的加速度a＝错误!＝4.8 m/s2，该加速度远小于重力加速度，显然是由乙方案得到的．
9．(1)AD （2)乙丙（3)乙重锤下落过程中存在着阻力作用。