第9节 实验 验证机械能守恒定律课时训练(含解析)
高中物理人教课标实验版必修二第七章第九节实验验证机械能守恒定律练习(附答案)
___
_____ 。
第九节实验 : 验证机械能守恒定律
【巩固教材－稳扎稳打】 1.B 2.B ．3.CD 4.ABD 【重难突破 —重拳出击】 1.BD 2.C 3.A 4.BD 5.B 6.D 7.AD 8.D 【巩固提高 —登峰揽月】 1. 不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低
J。
9.8m/s 2，若重锤质量为 1kg。
m/s
，重锤的动能 EkB=
②．从开始下落算起，打点计时器打 B 点时，重锤的重力势能减小量为
J
。
③．根据纸带提供的数据， 在误差允许的范围内， 重锤从静止开始到打出 B 点的过程中，
得到的结论是
。
【课外拓展—超越自我】
1．在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图
1．在“验证机械能守恒定律”的实验中， 下面叙述正确的是 A．应用天平称出物体的质量
()
B．应当选用点迹清晰，特别是第一个点没有拉成长条的纸带
C．操作时应先放纸带后接电源 D．打点计时器应接在电压为 4～ 6V 的交流电源上
2．用小车沿光滑斜面下滑的方法验证机械能守恒时，小车下滑的高度是由下列哪种方法得
2h
h - n+1 h n -1
A． Vn=gt B ． Vn = 2ghn C ． Vn = t n D ． Vn =
2T
()
【巩固提高—登峰揽月】
1．为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台、打点计时器、
复 写纸、纸 带、秒表 、低 压直流电 源、导线 、电 键、天平 。其中不 必要 的器材
5-30 所示，其中 A
点为打下的第一个点， 0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分
7.9实验：验证机械能守恒定律(解析版)-2019-2020学年高一物理课时同步检测(人教版必修2)
第七章机械能守恒定律第9节实验：验证机械能守恒定律(时间：45分钟满分：100分)一、实验题(本题共12小题，共100分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)1．（6分）利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，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和一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看做滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动．(1)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔE k＝_________，系统的重力势能减少量可表示为ΔE p＝________，在误差允许的范围内，若ΔE k＝ΔE p，则可认为系统的机械能守恒．(用题中字母表示)(2)在上述实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2－d图象如图乙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________m/s2.【答案】22()2M m bt+()2Mm gd-9.6【解析】【分析】【详解】（1）滑块从A处到达B处的速度:b vt ＝则系统动能的增加量：()()222122k M m b E M m v t++=V ＝ 系统重力势能的减小量：△E p =mgd -Mgdsin30°=（m−2M）gd （2）根据系统机械能守恒的：12（M+m ）v 2＝（m−2M）gd则：()22m M gdv M m-+＝图线的斜率：2 2.40.5m M k g M m -=+＝解得：g=9.6m/s 22．（10分）利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。
（1）为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________。
高中物理第七章机械能守恒定律第九节实验：验证机械能守恒定律训练含解析新人教版必修2
实验：验证机械能守恒定律1．如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律．(1)(多选)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是________． A ．重物选用质量和密度较大的金属锤 B ．两限位孔在同一竖直面内上下对正 C ．精确测量出重物的质量D ．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物(2)(多选)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz 的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示．纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O 点为纸带上打出的第一个点．重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________．A ．OA 、AD 和EG 的长度B ．OC 、BC 和CD 的长度 C ．BD 、CF 和EG 的长度 D ．AC 、BD 和EG 的长度解析：(1)选用质量和密度较大的金属锤、限位孔在同一竖直面内对正都可以降低摩擦阻力对实验结果造成的误差，所以A 、B 正确；动能与重力势能表达式中都含有质量m ，可以约去，故不需要测量出质量m 的具体数值，C 错误；重物下落之前应该用手拉住纸带上端而不是用手托住重物，D 错误．(2)测出BC 和CD 的长度就可以计算出打下C 点时的速度v C ，再测出OC 的长度，就可验证mgh OC ＝12mv 2C 是否成立，所以B 正确；测出BD 、EG 的长度可计算出打下C 、F 两点时的速度v C 和v F ，再测出CF 的长度，就可验证mgh CF ＝12mv 2F －12mv 2C 是否成立，所以C 正确．答案：(1)AB (2)BC2．某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有220 Hz 、30 Hz 和40 Hz ，打出纸带的一部分如图乙所示．图甲 图乙该同学在实验中没有记录交流电的频率f ，需要用实验数据和其他条件进行推算． (1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f 和图乙中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B 点时，重物下落的速度大小为________，打出C 点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________．(2)已测得x 1＝8.89 cm ，x 2＝9.50 cm ，x 3＝10.10 cm ；当重力加速度大小为9.80 m/s 2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f 为________Hz.解析：(1)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得v B ＝x 1＋x 22T＝（x 1＋x 2）f 2；v C ＝x 2＋x 32T ＝（x 2＋x 3）f 2；由速度公式v C ＝v B ＋aT ，可得a ＝（x 3－x 1）f22. (2)由牛顿第二定律，可得mg －0.01mg ＝ma ，所以a ＝0.99g ，结合(1)解出的加速度表达式，代入数据，可得f ＝40 Hz.答案：(1)（x 1＋x 2）f 2 （x 2＋x 3）f 2 （x 3－x 1）f 22(2)403.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0.05 s 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g 取9.8 m/s 2，小球质量m ＝0.2 kg ，结果保留三位有效数字)：(1)55(2)从t 2到t 5时间内，重力势能增加量ΔE p ＝________J ，动能减少量ΔE k ＝________J. (3)在误差允许的范围内，若ΔE p 与ΔE k 近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上述计算得ΔE p ________ΔE k (填“＞”“＜”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是_____________________________________________________. 解析：(1)v 5＝19.14＋21.660.05×2 cm/s ＝408 cm/s ＝4.08 m/s.(2)由题给条件知：h 25＝(26.68＋24.16＋21.66) cm ＝72.5 cm ＝0.725 m ，ΔE p ＝mgh 25＝0.2×9.8×0.725 J ＝1.42 J ，ΔE k ＝12mv 22－12mv 25＝12×0.2×(5.592－4.082) J ＝1.46 J.(3)由(2)中知ΔE p ＜ΔE k ，因为存在空气阻力等原因，导致重力势能的增加量小于动能的减少量．答案：(1)4.08 (2)1.42 1.46 (3)＜ 原因见解析4.某同学利用如图所示装置验证机械能守恒定律.14圆弧轨道竖直放置，轨道边缘标有表示圆心角的刻度，轨道最低点装有压力传感器．现将小球置于轨道上θ刻度处由静止释放，当其通过最低位置时，读出压力传感器的示数F .已知当地重力加速度为g .(1)为验证小球在沿轨道下滑过程中机械能守恒，实验中还必须测量的物理量有____________；A ．轨道的半径RB ．小球的质量mC ．每次小球释放点离地面的高度hD ．每次小球在轨道上运动的时间t(2)根据实验测得的物理量，写出小球在运动过程中机械能守恒应满足的关系式为F ＝_____________________________________；(3)写出一条提高实验精确度的建议：______________________.解析：(1)小球沿轨道下滑过程中，只有重力做功，重力势能转化为小球的动能，据机械能守恒定律，得mgR (1－sin θ)＝12mv 2，①在轨道最低位置处，据牛顿第二定律，得F －mg ＝m v 2R，②联立①②式，可得mgR (1－sin θ)＝12R (F －mg )，整理得mg (1－sin θ)＝12(F －mg )．③由上式可知，要验证小球沿轨道下滑过程中机械能是否守恒，实验中还必须测量小球的质量，故B 正确，A 、C 、D 错误．(2)由(1)问中③式，可得F ＝3mg －2mg sin θ.(3)为提高实验精确度，可以多次测量取平均值，或者是减小空气阻力的影响(减小小球体积或增大其密度等)．答案：(1)B (2)3mg －2mg sin θ (3)多次测量取平均值(其他答案合理即可) 5．某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了图甲、图乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验．(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是________，理由是______________________________________________________________________________________________.(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图丙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s ，请根据纸带计算出B 点的速度大小______m/s(结果保留三位有效数字)．(3)该小组内同学们根据纸带算出了相应点的速度，作出v 2-h 图线如图丁所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g ＝________m/s 2(结果保留两位有效数字)．解析：(1)甲，理由是：采用图乙实验时，由于小车和斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑过程中机械能不守恒，故图乙不能用来验证机械能守恒定律．(2)v B ＝AC2T≈1.37 m/s.(3)因为mgh ＝12mv 2，所以v 2＝2gh ，图线的斜率是2g ，可得g ＝9.7 m/s 2或g ＝9.8 m/s 2.答案：(1)甲 采用图乙实验时，由于小车和斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑过程中机械能不守恒，故图乙不能用来验证机械能守恒定律(2)1.37 (3)9.7或9.8。
人教版高中物理必修二 第七章第9节实验验证机械能守恒定律课时作业
第七章第9节实验：验证机械能守恒定律课时跟踪检测【强化基础】1．(多选)下面列举的各个实例中，机械能守恒的是()A．一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落B．水平抛出的物体(不计空气阻力)C．拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升D．物体在光滑斜面上自由下滑解析：一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落，动能不变，势能减小，机械能减小，选项A错误；水平抛出的物体(不计空气阻力)只有重力做功，机械能守恒，选项B正确；拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升，动能不变，势能增加，故机械能变大，选项C错误；物体在光滑斜面上自由下滑，只有重力做功，机械能守恒，选项D正确．故选BD．答案：BD2．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：“在验证机械能守恒定律”的实验中，应先接通打点计时器的电源，打点计时器稳定工作后再释放纸带，故选项C说法是错误的．答案：C3．在验证机械能守恒定律的实验中，需要直接测量的物理量是()A．重锤的质量B．重锤下落的时间C．重锤下落的高度D．重锤的瞬时速度解析：在不需要求动能和势能值时，不必测出重物质量，只要12(v22－v21)＝gΔh就能验证机械能守恒；重锤下落时间不需要测；重锤的瞬时速度不是直接测的物理量．答案：C4．“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是()A．重物的质量过大B．重物的体积过小C．电源的电压偏低D．重物及纸带在下落时受到阻力解析：本实验中重物增加的动能略小于减少的重力势能的原因是重物及纸带在下落时受到阻力，D选项正确．答案：D【巩固易错】5．(多选)(2018·嘉兴模拟)如图实验器材中，能用于“探究小车速度随时间变化的规律”“探究加速度与力质量的关系”“探究做功与物体速度变化的关系”“验证机械能守恒定律”四个分组实验的是()A BC D解析：“探究小车速度随时间的变化规律”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、钩码、刻度尺等；“探究加速度与力、质量的关系”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、天平、砝码、钩码、刻度尺等；“探究做功与物体速度变化的关系”需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、橡皮筋、刻度尺等；“验证机械能守恒定律”需要的器材有：重锤、铁架台、打点计时器和纸带、刻度尺等，用于这四个实验都用到的器材是打点计时器和刻度尺，C、D选项正确．答案：CD6．(2018·湖南模拟)某同学用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”，他进行的部分操作步骤如下：(1)将两光电门固定在铁架台上，如图甲；(2)用螺旋测微器测量圆柱形重锤的高度L如图乙所示，则L＝________mm；(3)接通光电门电源；(4)将重锤从光电门正上方由静止释放，让重锤下落并穿过两光电门；(5)若重锤通过光电门1、光电门2时，计时器记录下的时间分别为Δt 1、Δt 2.重锤的高度用L 表示，若已知当地的重力加速度为g ，要验证重锤从光电门1到光电门2 的过程中机械能守恒，还需要测量的物理量是________________(写出物理量并用相关字母表示)．(6)需要验证的表达式为__________________(用相关字母表示)．解析：(2)螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，需估读．螺旋测微器的固定刻度读数为11 mm ，可动刻度读数为0.01×20.6 mm ＝0.206 mm ，则最终读数为11.206 mm.(5)(6)根据极限的思想可知，极短时间内的平均速度等于瞬时速度，重锤通过两个光电门的瞬时速度v 1＝L Δt 1，v 2＝LΔt 2，动能的增加量ΔE k ＝12m v 22－12m v 21＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12.重力势能的减少量ΔE p ＝mgh .则需要验证的表达式是：mgh ＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12，即为：2gh ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12，可知还需要测量的物理量是光电门1与光电门2之间的高度差h .答案：(2)11.206(11.204～11.207)(5)光电门1与光电门2之间的高度差h(6)2gh ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫L Δt 12 【能力提升】7．在“验证机械能守恒定律”的实验中(所用电源频率为50 Hz)：(1)某同学用如甲图所示的装置进行实验，得到如乙图所示的纸带，把第一个点(初速度为零)记作O 点，测出点O 、A 间的距离为89.36 cm ，点A 、C 间的距离为17.24 cm ，点C 、E 间的距离为18.76 cm ，已知当地重力加速度为9.80 m/s 2，重锤的质量为m ＝1.0 kg ，则打点计时器在打O 点到C 点的这段时间内，重锤动能的增加量为________ J ，重力势能的减少量为________ J ．(计算结果保留三位有效数字)(2)利用该装置可以测量重锤下落的加速度a ＝________ m/s 2.(计算结果保留三位有效数字)解析：(1)利用匀变速直线运动的推论v C ＝x AE 4T ＝0.172 4＋0.187 60.08＝4.5 m/s ，则ΔE k ＝12m v 2C ＝12×0.5×(4.5)2＝10.1 J ，重锤由O 点运动到C 点时，重锤的重力势能的减少量ΔE p ＝mgh ＝0.5×9.8×(0.893 6＋0.172 4) J ＝10.4 J.(2)根据Δx ＝aT 2得重锤下落的加速度a ＝Δx T 2＝0.187 6－0.172 40.042＝9.50 m/s 2. 答案：(1)10.1 10.4 (2)9.508．(2018·浙江二模)“验证机械能守恒定律”的实验．(1)实验室提供了铁架台、夹子、导线、纸带等器材．为完成此实验，除了所给的器材，在图中还必须选取的实验器材是________．(2)下列方法有助于减小实验误差的是( )A ．在重锤的正下方地面铺海绵B．必须从纸带上第一个点开始计算验证机械能是否守恒C．重复多次实验，重物必须从同一位置开始下落D．重物的密度尽量大一些(3)完成实验后，小明用刻度尺测量纸带距离时如图(乙)，已知打点计时器每0.02 s打一个点，则B点对应的速度v B＝________m/s.若H点对应的速度为v H，重物下落的高度为h BH，重物质量为m，当地重力加速度为g，为得出实验结论完成实验，需要比较mgh BH与________________的大小关系(用题中字母表示)．解析：(1)该实验中可以选用电磁打点计时器和学生电源或者是电火花计时器．在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知重锤下降的距离，故需要毫米刻度尺．(2)在重锤的正下方地面铺海绵，目的是保护仪器，A选项错误；该实验是比较重力势能的减少量与动能增加量的关系，不一定要从纸带上第一个点开始计算验证，B选项错误；重复多次实验时，重物不需要从同一位置开始下落，C选项错误；选重物的密度尽量大一些，可以减小摩擦阻力和空气阻力的影响，从而减少实验误差，D选项正确．(3)根据刻度尺的读数规则可知，AC之间的距离x AC＝5.40 cm.根据匀变速直线运动的规律可知，一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，B点瞬时速度的大小v B＝x AC2T＝1.35 m/s.根据机械能守恒可知，mgh BH＝12m v2H－12m v2B.答案：(1)电磁打点计时器和学生电源(或者是电火花计时器)、毫米刻度尺(2)D(3)1.3512m v2H－12m v2B。
人教版高中物理必修二7.9实验：验证机械能守恒定律(解析版)课时练习
7.9实验：验证机械能守恒定律一夯实基础1．在“验证机械能守恒定律”实验中，纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示，其中最合适的是()【答案】D【解析】A、B纸带弯折会产生很大的摩擦阻力，B、C重锤起始位置离打点计时器太远，D中操作最合适，选D。
2．用图所示装置验证机械能守恒定律，由于电火花计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大的阻力，这样实验造成的结果是()A．重力势能的减少量明显大于动能的增加量B．重力势能的减少量明显小于动能的增加量C．重力势能的减少量等于动能的增加量D．以上几种情况都有可能【答案】A【解析】由于重物下落时要克服阻力做功，重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能，故重力势能的减少量大于动能的增加量，A正确。
3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要直接测量的是( )A ．重物的质量B ．重力加速度C ．重物下落的高度D ．重物下落某一高度所对应的瞬时速度【答案】 C【解析】 重物的质量不需要测量；重力加速度是已知的；重物下落的高度需要测量；瞬时速度是根据纸带上的数据计算得出的。
故应选C 。
4．(多选)如图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，有关尺寸在图中已注明。
我们选中n 点来验证机械能守恒定律，下面举出一些计算n 点速度的方法，其中正确的是( )A ．v n ＝gnTB ．v n ＝g (n －1)TC ．v n ＝s n ＋s n ＋12TD ．v n ＝h n ＋1－h n －12T【答案】 CD【解析】 直接利用重力加速度g 来计算n 点速度，相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，A 、B 均错误；n 点的速度等于n －1到n ＋1两点间的平均速度，故C 、D 正确。
5．在研究重物自由下落过程中机械能守恒的实验中，得到如图所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是最后面的一些点。
算出打下B 、C 两点时重物的速度分别是v B 、v C ，测得B 、C 两点间的距离为h ，那么验证机械能守恒的表达式可写为( )A ．gh ＝v 2C －v 2B B ．gh ＝12v 2C －12v 2B C ．v C ＝v B ＋gT D ．v 2B ＋v 2C ＝2gh【答案】 B【解析】 从B 运动到C 的过程中，重力势能的减少量为ΔE p ＝mgh ，动能的增加量为ΔE k ＝12mv 2C －12mv 2B ，所以验证机械能守恒的表达式为mgh ＝12mv 2C －12mv 2B ，即gh ＝12v 2C －12v 2B ，B 正确。
高中物理 第七章 机械能守恒定律 第9节 实验：验证机械能守恒定律(含解析)
第9节实验：验证机械能守恒定律一、实验目的1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。
2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。
二、实验原理让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：1．以物体下落的起始点O 为基准，测出物体下落高度h 时的速度大小v ，若12mv 2＝mgh 成立，则可验证物体的机械能守恒。
2．测出物体下落高度h 过程的初、末时刻的速度v 1、v 2，若关系式12mv 22－12mv 12＝mgh 成立，则物体的机械能守恒。
三、实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。
四、实验步骤1．安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。
2．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。
先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。
更换纸带重复做3次～5次实验。
3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2 mm 的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm 的第一个点作为起始点，记作O ，在距离O 点较远处再依次选出计数点1、2、3…4．测距离：用刻度尺测出O 点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h 1、h 2、h 3…五、数据处理1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O ，在纸带上从离O 点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…并测量出各计数点到O 点的距离h 1、h 2、h 3…再根据公式v n ＝h n ＋1－h n －12T，计算出1、2、3、4、…n 点的瞬时速度v 1、v 2、v 3、v 4、…v n 。
2．机械能守恒验证方法一：利用起始点和第n 点。
从起始点到第n 个计数点，重力势能减少量为mgh n ，动能增加量为12mv n 2，计算gh n 和12v n 2，如果在实验误差允许的范围内gh n ＝12v n 2，则机械能守恒定律得到验证。
2021年高中物理 第七章 第9节 学生实验验证机械能守恒定律练习(含解析)新人教版必修2
2021年高中物理第七章第9节学生实验验证机械能守恒定律练习（含解析）新人教版必修21．在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证的是重物重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有( )A．用天平称出重物的质量B．把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来C．把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重物提升到一定高度D．接通电源，待打点稳定后释放纸带E．用秒表测出重物下落的时间解析：在“验证机械能守恒定律”的实验中，需验证重力势能减少量mgh和动能增加量12mv2之间的大小关系，若机械能守恒，则有mgh＝12mv2成立，两边都有质量，可约去，即验证gh＝12v2成立即可，故无需测质量，A选项多余．对E选项，测速度时，用的是纸带上的记录点间的距离和打点计时器打点的时间间隔，无需用秒表测量，因此E选项也多余．答案：AE2．利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.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h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度v.b．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝2gh计算出瞬时速度v.c．根据做匀变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v，并通过h＝v22g计算出高度h.d．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变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v.以上方案中只有一种正确，正确的是__________．(填入相应的字母)解析：重物下落过程中，由于纸带与打点计时器的阻碍作用，其加速度要小于重力加速度g，故不可用a、b、c方案中的公式来求解．答案：d3．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0.05 s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9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，计算结果保留三位有效数字)：时刻t 2 t 3 t 4 t 5 速度( m/s) 4.99 4.48 3.98t 5v 5(2)从t 2到t 5时间内，重力势能增量ΔE p ＝__________ J ，动能减少量ΔE k ＝__________ J ；(3)在误差允许的范围内，若ΔE p 与ΔE k 近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上述计算得ΔE p __________ΔE k (选填“>”、“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析：(1)t 5时刻小球的速度v 5＝16.14＋18.662×0.05×10－2 m/s ＝3.48 m/s ；(2)从t 2到t 5时间内，重力势能增量ΔE p ＝mgh 25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2J ＝1.24 J ，动能减少量ΔE k ＝12mv 22－12mv 25＝1.28 J ；(3)ΔE p <ΔE k ，造成这种结果的主要原因是存在空气阻力． 答案：(1)3.48 (2)1.24；1.28 (3)<；存在空气阻力4.如图所示，两个质量各为m 1和m 2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m 1＞m 2.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m 1、m 2②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小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)通过连接在一起的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 连接在一起，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．(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；两物块质量相差较小时，摩擦等阻力做功占两物块的机械能的比例增大，误差增大，故无需减小两物块的质量差．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”；等等5．如图所示，是用落体法“验证机械能守恒定律”的实验装置，请回答下列问题：(1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为__________．A ．打点计时器(含纸带)；B.重锤； C ．天平；D.毫米刻度尺；E.秒表．(2)实验中产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器的摩擦阻力，使重锤获得的动能往往__________它所减小的重力势能(填“大于”、“小于”或“等于”)．(3)如果以v 2/2为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出v 2/2－h 图线是一条通过坐标原点的倾斜直线，该直线的斜率是__________．解析：(1)验证机械能守恒定律时，只需验证12v 2与gh 近似相等，故无需测量重锤质量，用打点计时器可以测量重锤下落高度即下落的时间，故无需秒表，故正确的为A 、B 、D.(2)由于重锤下落过程中有部分重力势能转化为克服摩擦力做功而产生的热，故重锤获得的动能稍小于减小的重力势能．(3)由12v 2＝gh 可知，以12v 2为纵轴，h 为横轴，所绘图线的斜率为重力加速度g . 答案：(1)ABD (2)小于 (3)重力加速度6. 如图所示是“用DIS 实验系统研究机械能守恒定律”的实验装置，完成下列有关问题：(1)本实验中，采用的传感器是________(填写传感器名)．(2)本实验中，先选取零势能面再进行实验，则零势能面位置的选取对验证摆锤动能与重力势能之和为常数________影响(选填“有”或“无”)．(3)每次都准确从同一位置静止释放摆锤，改变传感器安装的高度，以同一零势能面测得四个不同位置的重力势能和动能的数据.动能(10－2J)重力势能(10－2J) 机械能(10－2J) 0.007.50 7.50 2.465.00 7.46 4.912.50 7.41 7.34 0.00 7.34 其可能的原因是：____________________________________________________________.解析：(1)利用光电门可测量挡光时间，再测量摆锤的直径，即可求出摆锤的速度．(2)验证机械能守恒定律时，可以通过比较重力势能的减少量与动能的增加量是否相等来判断机械能是否守恒，故与零势能面的选取无关．(3)由于摆锤运动过程中受到阻力，阻力做负功，使摆锤的机械能减小．答案：(1)光电门 (2)无 (3)摆锤在摆动过程中存在一定的阻力7．在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50 Hz ，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时，各计数点对应刻度尺上的读数如图所示(图中O 点是打点计时器打出的开始下落的第1个点，A 、B 、C 、D 、E 、F 分别是每打两个点取出的计数点)根据纸带计算：(1)重锤下落到打B 点、E 点时的速度；(2)若重锤的质量为m kg ，则重锤从开始下落到打B 点时，减少的重力势能是多少？重锤增加的动能为多少？(3)若重锤质量为m kg ，求重锤下落BE 高度的过程中重力势能减少多少？重锤的动能增加多少？(当地重力加速度为9.8 m/s 2)解：(1)x AB ＝195.0 mm －125.0 mm ＝70.0 mm ＝0.070 0 m x BC ＝280.5 mm －195.0 mm ＝85.5 mm ＝0.085 5 mx DE ＝498.0 mm －381.5 mm ＝116.5 mm ＝0.116 5 mx EF ＝630.0 mm －498.0 mm ＝132.0 mm ＝0.132 0 mv B ＝(x AB ＋x BC )/2T＝(0.070 0＋0.085 5)/(2×0.04) m/s＝1.944 m/sv E ＝(x DE ＋x EF )/2T＝(0.116 5＋0.132 0)/(2×0.04) m/s＝3.106 m/s.(2)重锤从开始下落到打B 点时：减少的重力势能为ΔE p 减＝mgx BO ＝9.8×0.195m ＝1.91m (J)增加的动能为：ΔE k 增＝12mv 2B ＝12m ×(1.944)2＝1.89m (J)． (3)重锤下落BE 高度时减少的重力势能为ΔE p 减＝mgx EB ＝9.8×(0.498 0－0.195 0)m ＝2.969m (J)增加的动能：ΔE k 增＝12mv 2E －12mv 2B ＝12m ×(3.106)2－12m ×(1.944)2＝2.934m (J)．8．(2011海南高考)现要通过实验验证机械能守恒定律．实验装置如图甲所示：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，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t .用d 表示A 点到导轨底端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 两点间的距离，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，1t 2与s 的关系式为1t2＝__________. (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．如果如下表乙所示：1 2 3 4 5 s (m)0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 t (ms)8.22 7.17 6.44 5.85 5.43 1/t 2(104s －2) 1.48 1.952.41 2.923.39以s 为横坐标，1t2为纵坐标，在答题卡对应图丙位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k ＝__________×104 m －1·s －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k 0，将k 和k 0进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律．解析：(1)滑块的重力势能减小Mg ·s ·h d ，砝码的重力势能增加mg ·s ，故系统的重力势能减小量为Mg ·s ·h d －mg ·s ＝(M h d －m )gs .滑块通过B 点时的瞬时速度v ＝b t ，系统动能的增加量为12(M ＋m )v 2＝12(M ＋m )b 2t 2.若在运动过程中机械能守恒，则有(M h d －m )gs ＝12(M ＋m )b 2t 2，则1t 2＝2M h d －m g M ＋m b 2s . (2)第1和第5个数据点及所作直线见下图．直线的斜率约为k ＝2.36×104 m －1·s －2. 答案：(1)(M h d －m )gs 12(M ＋m ))b 2t 2 2M h d －m g M ＋m b 2s (2)作图见解析 2.36(2.32～2.40均正确)历年高考真题（含解析）1.[xx·四川高考]有4条用打点计时器(所用交流电频率为50 Hz)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s 1、s 2、s 3.请你根据下列s 1、s 2、s 3的测量结果确定该纸带为________．(已知当地的重力加速度为9.791 m/s 2)A ．61.0 mm 65.8 mm 70.7 mmB ．41.2 mm 45.1 mm 53.0 mmC．49.6 mm 53.5 mm 57.3 mmD．60.5 mm 61.0 mm 60.6 mm解析：验证机械能守恒采用重物的自由落体运动实现，所以相邻的0.02 s内的位移增加量为Δs＝gT2＝9.791×0.022m≈3.9 mm.答案：C2．[xx·海南物理]利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示：(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平．②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图所示，由此读出l＝________mm.③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝________cm.④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2.⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式：①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________.②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1＝________和E k2＝________.③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少ΔE p＝________(重力加速度为g)．(3)如果ΔE p≈________，则可认为验证了机械能守恒定律．解析：由于挡光条宽度很小，可将挡光条通过光电门时的平均速度视为瞬时速度．答案：(1)②9.30 ③60.00(59.96～60.04)(2)①l Δt 1 l Δt 2 ②12(M ＋m )(l Δt 1)2 12(M ＋m )(l Δt 2)2 ③mgs (3)E k2－E k1 3．[xx·江苏高考]某同学利用如图甲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，s 2与h 的理论关系应满足s 2＝________(用H 、h 表示)．(2)该同学经实验测量得到一组数据，如表所示： h /×10－1m2.003.004.005.006.00 s 2/×10－1m 22.623.89 5.20 6.53 7.78 2(3)对比实验结果与理论计算得到的s 2－h 关系图线(图乙中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率________(选填“小于”或“大于”)理论值．(4)从s 2－h 关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率与理论值偏差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是__________________________________________．解析：(1)由机械能守恒有：mgh ＝12mv 2由平抛运动规律s＝vt、H＝12gt2得：s2＝4Hh.(2)根据表中数据描出s2－h关系如图所示．(3)由图看出在相同h下，水平位移s值比理论值要小，由s＝vt＝v 2Hg，说明水平抛出的速率比理论值小．(4)水平抛出的速率偏小，说明有机械能损失，可能因为摩擦或在下落过程中钢球发生转动．答案：(1)4Hh(2)见解析图(3)小于(4)摩擦或转动(回答一个即可)4．[xx·江苏扬州期中调研]图甲是验证机械能守恒定律的实验．小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定，将轻绳拉至水平后由静止释放．在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间Δt，再用游标卡尺测出小圆柱的直径d，如图乙所示，重力加速度为g，则(1)小圆柱的直径d＝________cm.(2)测出悬点到圆柱重心的距离l，若等式gl＝________成立，说明小圆柱下摆过程中机械能守恒．(3)若在悬点O安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F，则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是________(用文字和字母表示)．若等式F ＝________成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式．解析：(1)小圆柱的直径d ＝1.0 cm ＋2×0.1 mm＝1.02 cm(2)根据机械能守恒定律得：mgl ＝12mv 2，所以只需验证gl ＝12v 2＝12(d Δt )2，就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒．(3)若测量出小圆柱的质量m ，则在最低点由牛顿第二定律得F －mg ＝m v 2l，若等式F ＝mg＋md 2l Δt2成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式．答案：(1)1.02 (2)12(d Δt )2 (3)小圆柱的质量m mg ＋md2l Δt25．[xx·山东济宁一模]在验证机械能守恒的实验中，某同学利用图甲中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示．在实验数据处理中，某同学取A 、B 两点来验证实验．已知打点计时器每隔0.02 s 打一个点，图中测量结果记录在下面的表格中．项目 x 1/cm A 点瞬时速度/(m·s －1)x 2/cmB 点瞬时速度/(m·s －1) AB 两点间距离/cm数据3.920.9812.8050.00(2)将表格中未填项目填写完整；(3)若重物和夹子的总质量为0.6 kg ，那么在AB 运动过程中，动能的增加量为________J ，重力势能减少量为________J.解析：(1)重物刚开始运动，速度较小，点迹比较密集，故夹子应夹在纸带的左端； (2)v B ＝x 22T＝3.20 m/s ；(3)在AB 运动过程中，动能增加量为ΔE k ＝12mv 2B －12mv 2A ≈2.78 J，重力势能减少量ΔE p ＝mgh AB ＝2.94 J.答案：(1)左 (2)3.20 (3)2.78 2.946．[xx·安徽涡阳四中月考]某研究性学习小组用如图甲所示装置验证机械能守恒定律．让一个摆球由静止开始从A 位置摆到B 位置，若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，即12mv2＝mgh .直接测量摆球到达B 点的速度v 比较困难．现让小球在B 点处脱离悬线做平抛运动，利用平抛的特性间接地测出v .如图甲中，悬点正下方P 点处有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动．在地面上放上白纸，上面覆盖着复写纸，当小球落在复写纸上时，会在下面白纸上留下痕迹．用重锤线确定出A 、B 点的投影点N 、M .重复实验10次(小球每一次都从同一点由静止释放)，球的落点痕迹如图乙所示，图中米尺水平放置，零刻度线与M 点对齐．用米尺量出AN 的高度h 1、BM 的高度h 2，算出A 、B 两点的竖直距离，再量出M 、C 之间的距离x ，即可验证机械能守恒定律．已知重力加速度为g ，小球的质量为m .(1)根据图乙可以确定小球平抛时的水平射程为________cm. (2)用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v 0＝________.(3)用测出的物理量表示出小球从A 到B 过程中，重力势能的减少量ΔE p ＝________，动能的增加量ΔE k ＝________.解析：(1)小球落点位置的确定方法为：用尽可能小的圆包含尽可能多的落点，该圆的圆心即为小球落点的平均位置，再在米尺上读出射程．(3)重力势能的减少量等于重力做的功ΔE p ＝mg (h 1－h 2)，动能的增加量ΔE k ＝12mv 20－0＝12m (xg 2h 2)2＝mgx 24h 2. 答案：(1)65.0 (2)xg 2h 2 (3)mg (h 1－h 2) mgx 24h 2\H_Adf38047 949F 钟?22335 573F 圿34390 8656 虖28586 6FAA 澪bzv34475 86AB 蚫。
高中物理 第七章 机械能守恒定律 第9节 验证机械能守恒定律课时作业(含解析)新人教版必修2-新人教
第七章第九节验证机械能守恒定律根底夯实1．在“验证机械能守恒定律〞实验中，纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示，其中最适宜的是导学号 66904557( D )2．在“验证机械能守恒定律〞的实验中，下面列出一些实验步骤：导学号 66904558 A．用天平称出重物和夹子的重量B．把重物系在夹子上C．将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器静止D．把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6V(电源不接通)E．把打点计时器固定在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上F．在纸带上选取几个点，进展测量和记录数据G．用秒表测出重物下落时间H．接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带I．切断电源J．更换纸带，重新进展两次K．在三条纸带中选出较好的一条L．进展计算，得出结论，完成报告M．拆下导线，整理器材以上步骤中，不必要的有__A、G__，正确步骤的合理顺序是__EDBCHIJMKFL__(填写字母)。
解析：只为了验证机械能守恒，没必要称量重物的质量。
打点计时器本身就是计时仪器，不再需要秒表。
3．(闽侯二中、闽清高中、永泰二中、连侨中学、长乐二中2015～2016学年高一下学期联考)用打点计时器“验证机械能守恒定律〞的实验装置如下列图。
导学号 66904559(1)按照图示的装置安装器件时，应将打点计时器接到电源的__交流__(填“直流〞或“交流〞)输出端上。
(2)开始打点计时的时候，两个操作步骤“接通电源〞和“松开纸带〞的顺序应该是：先__接通电源__。
(3)某同学在使用质量为m的重物来验证“机械能守恒定律〞的实验中，在选定的纸带上依次取计数点如下列图。
纸带上所打的点记录了重物在不同时刻的位置，那么纸带的__左__端(填“左〞或“右〞)与重物相连。
(4)某同学上交的实验报告显示重锤的动能略大于重锤的势能，如此出现这一问题的原因可能是( B )A．重锤的质量测量错误B．该同学自编了实验数据C．交流电源的频率不等于50HzD．重锤下落时受到的阻力过大解析：(1)打点计时器需接交流电源，(2)开始打点时应先接通电源再松开纸带，(3)由纸带可看出左端与重物相连，(4)由于存在摩擦阻力重锤的势能应略大于动能，不可能存在动能大于势能的情况。
高中物理 7.9《实验 验证机械能守恒定律》课时练5 新人教版必修2(1)
第九节 实验:验证机械能守恒定律【试题评价】1. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，除天平、铁架台、夹子、纸带和重物外，还需要（ ）A. 秒表B. 刻度尺C. 学生电源D. 打点计时器2. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，对于自由下落的重物，下列选择条件中可取的是（ ）A. 选用重物时，重的比轻的好B. 选用重物时，体积小的比大的好C. 重物所受重力应与它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力平衡D. 重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力 3. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列叙述正确的是（ ） A. 安装打点计时器时，两纸带限位孔应在同一竖直线上 B. 实验时，在松开纸带让重物下落的同时，应立即接通电源C. 若纸带上开头打出的几点模糊不清，也可设法用后面清晰的点进行验证D. 测量重物下落高度必须从起始点算起 4. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样会导致实验结果（ ）A. mgh ＞221mv B. mgh ＜221mv C. mgh =221mv D. 以上均有可能5. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m ＝1kg 的物体自由下落，得到如图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为0.04s 。
那么从打点计时器打下起点O 到打下B 点的过程中，物体重力势能的减少量E p ＝_______J ，此过程中物体动能的增加量E k =______J 。
由此可得到的结论是：。
(g=9.8 m/s 2，保留三位有效数字)⒍ 用打点计时器和重物在自由下落的情况下验证机械能守恒定律的实验中，电源频率为50 Hz ，依次打出的点为0、1、2、3、4，则（1）在图两条纸带中应选取的纸带是________，因为______________。
（2）如从起点0到第3点之间来验证，必须测量和计算出的物理量为________，验证的表达式为______________。
高中物理 第七章 机械能守恒定律 9 实验 验证机械能守恒定律课时训练 新人教版必修2
实验:验证机械能守恒定律题组一实验原理与步骤1.(多选)在“验证机械能守恒定律”的实验中,要验证的是重物重力势能的减少等于它动能的增加,以下步骤仅是实验中的一部分,在这些步骤中多余的或错误的有()A.用天平称出重物的质量B.把打点计时器固定到铁架台上,并用导线把它和低压交流电源连接起来C.把纸带的一端固定到重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔,把重物提升到一定高度D.接通电源,待打点稳定后释放纸带E.用停表测出重物下落的时间解析:在“验证机械能守恒定律”的实验中,需验证重力势能减少量mgh和动能增加量mv2之间的大小关系,若机械能守恒,则有mgh=mv2成立,两边都有质量,可约去,即验证gh=v2成立即可,故无需测质量,A选项多余;对E选项,测速度时,用的是纸带上的记录点间的距离和打点计时器打点的时间间隔,无需用停表测量,因此E选项也多余。
答案:AE2.在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列物理量中要用工具测量的有,通过计算得到的有。
A.重锤的质量B.初始时重锤距地面的高度C.重锤下落的高度D.与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度解析:通过实验原理可知,重锤下落的高度要用毫米刻度尺直接量出,下落这一高度时对应的速度由中间时刻的瞬时速度等于那一段时间内的平均速度求出,故需用工具测量的是C,通过计算得到的是D。
答案:C D3.某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤:A.用天平称出重物的质量B.把纸带固定到重物上,并把纸带穿过打点计时器,提升到一定高度C.拆掉导线,整理仪器D.断开电源,调整纸带,重做两次E.用停表测出重物下落的时间F.用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离,记录数据,并计算出结果,得出结论G.把打点计时器接到低压直流电源上H.接通电源,释放纸带I.把打点计时器接到低压交流电源上J.把打点计时器固定到桌边的铁架台上上述实验步骤中错误的是,可有可无的是,其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列应是。
实验：验证机械能守恒定律 课时作业(word版含答案)
8.5 实验：验证机械能守恒定律 课时作业一、单选题1．（2021·河北·迁西县职业技术教育中心高一阶段练习）采用如图所示的实验装置进行验证动量守恒定律（图中小球半径相同、质量均已知，且A B m m ），下列说法正确的是（ ）A ．验证动量守恒定律，需测量OB 、OM 、OP 和ON 的距离 B ．实验中要求轨道必须光滑C ．实验中要求轨道末端必须保持水平D ．测量时发现N 点偏离OMP 这条直线，直接测量ON 距离不影响实验结果2．（2021·江苏·阜宁实验高中高一学业考试）用自由落体运动验证机械能守恒定律就是看212n mv 是否等于n mgh （n 为计时点的编号）。
下列说法不正确的是（ ）A ．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为0B ．hn 是计时点n 到第一个点0的距离C ．m 为重物的质量，需用天平称量D ．不可以用vn =gtn 计算vn ，其中tn =（n －1）T （T 为打点周期）3．（2022·上海·模拟预测）在“用DIS 研究机械能守恒定律”的实验中，某同学将传感器固定在最低点，如图所示。
该同学将摆锤从不同位置由静止释放，记录摆锤每次下落的高度h 和最低点的速度v ，作出v 2－h 图线为（ ）A．B．C．D．4．（2021·贵州·贵阳市第三十七中学高一阶段练习）利用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，有以下几个主要步骤：①开启电源；①处理数据；①松开纸带；①安装纸带并悬挂重锤；①把打点计时器固定在铁架台上以上步骤合理的顺序是（）A．①①①①①B．①①①①①C．①①①①①D．①①①①①5．（2022·全国·高一专题练习）如图1所示，用重物牵引小车在水平面上由静止开始运动，小车后面连接纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点。
图2为一次实验得到的纸带，A、B、C为打点计时器在纸带上打下的三个点。
高中物理 7.9 实验 验证机械能守恒定律课时练案 新人教版必修2
第9节 实验：验证机械能守恒定律一、实验器材的选择和实验的操作1.用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，下列物理量中需要测量的有（ ）A.重物的质量B.重力加速度C.重物下落的高度D.与重物下落高度对应的重物的瞬时速度2.在验证机械能守恒定律的实验中：（1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为 。
A.打点计时器（包括纸带) B.重物 C.天平 D.毫米刻度尺 E.停表 F.运动小车（2)打点计时器的安装放置要求为 ;开始打点计时的时候，应先 ，然后再 。
（3）实验中产生系统误差的原因主要是 ，使重物获得的动能往往 它所减少的重力势能。
为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择 的重物。
二、实验的原理3.（2010·安徽高考）利用如图7-9-25所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v 和下落高度h 。
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h ，并测出下落时间t ，通过v=gt 计算出瞬时速度v B.用刻度尺测出物体下落的高度h ，并通过v=计算出瞬时速度v C.根据做匀变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v ，并通过h=计算出高度hD.用刻度尺测出物体下落的高度h ，根据做匀变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v以上方案中只有一种正确，正确的是 （填入相应的字母)。
4.如图7-9-26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，我们选中N 点来验证机械能守恒定律。
下面举出一些计算N 点速度的方法，其中正确的是（ ）A.N 点是第n 个点，则=gnTB.N 点是第n-1个点，则=g （n-1)T ==图7-9-25图7-9-265.（1)在用落体法验证机械能守恒定律的实验中：所用重锤的质量m=500 g ，打点计时器所用电源的频率为50 Hz ，打下的纸带如图7-9-27所示（图中的数据为从起始点O 到该点的距离)，则在打B 点时，重锤的速度= m/s ，从开始下落到打B 点时，重锤的势能减少量是 J （g 取10 ，计算结果取两位有效数字)。
高中物理 第七章 机械能守恒定律 9 实验 验证机械能守恒定律课时训练 新人教版必修2
实验:验证机械能守恒定律题组一实验原理与步骤1.(多选)在“验证机械能守恒定律”的实验中,要验证的是重物重力势能的减少等于它动能的增加,以下步骤仅是实验中的一部分,在这些步骤中多余的或错误的有()A.用天平称出重物的质量B.把打点计时器固定到铁架台上,并用导线把它和低压交流电源连接起来C.把纸带的一端固定到重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔,把重物提升到一定高度D.接通电源,待打点稳定后释放纸带E.用停表测出重物下落的时间解析:在“验证机械能守恒定律”的实验中,需验证重力势能减少量mgh和动能增加量mv2之间的大小关系,若机械能守恒,则有mgh=mv2成立,两边都有质量,可约去,即验证gh=v2成立即可,故无需测质量,A选项多余;对E选项,测速度时,用的是纸带上的记录点间的距离和打点计时器打点的时间间隔,无需用停表测量,因此E选项也多余。
答案:AE2.在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列物理量中要用工具测量的有,通过计算得到的有。
A.重锤的质量B.初始时重锤距地面的高度C.重锤下落的高度D.与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度解析:通过实验原理可知,重锤下落的高度要用毫米刻度尺直接量出,下落这一高度时对应的速度由中间时刻的瞬时速度等于那一段时间内的平均速度求出,故需用工具测量的是C,通过计算得到的是D。
答案:C D3.某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤:A.用天平称出重物的质量B.把纸带固定到重物上,并把纸带穿过打点计时器,提升到一定高度C.拆掉导线,整理仪器D.断开电源,调整纸带,重做两次E.用停表测出重物下落的时间F.用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离,记录数据,并计算出结果,得出结论G.把打点计时器接到低压直流电源上H.接通电源,释放纸带I.把打点计时器接到低压交流电源上J.把打点计时器固定到桌边的铁架台上上述实验步骤中错误的是,可有可无的是,其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列应是。
2021年春高中物理 7.9《实验 验证机械能守恒定律》课时练10 新人教版必修2(1)
第9节实验：验证机械能守恒定律1．为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有以下器材可供选择：铁架台、打点计时器和复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、电键，其中不必要的器材是，缺少的器材是．2．在“验证机械能守恒定律”的实验中，需要直接测量的物理量是，间接测量的物理量是．3．在本实验中，关于自由下落的重物，下述选择的条件哪一种更为有利（）A．只要足够重就能够够B．只要体积足够小就能够够C．既要足够重，又要体积超级小D．应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲4．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，本地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.00 kg．甲、乙、丙三学生别离用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第一、2两点间的距离别离为0.18cm、0.19cm和0.25cm．可见其中确信有一名学生在操作上有错误，错误操作是：．假设按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得持续三点A、B、C到第一个点的距离如下图（相邻计数点时刻距离为s），那么：（1）纸带的端与重物相；（2）打点计时器打下计数点B时，物体的速度v B= ；（3）从起点O到打下计数点B的进程中重力势能减少量是ΔE p=，此进程中物体动能的增加量ΔE k = （取g =9．8 m/s 2）；（4）通过计算，数值上ΔE p ΔE k （填“＞”“=”或“＜”）这是因为 ；（5）实验的结论是 ．5．如下图，是用自由落体法验证机械能守恒定律时取得的一条纸带，咱们选中N 点来验证机械能守恒定律．下面举出一些计算N 点速度的方式，其中正确的选项是（ ） A ．N 点是第n 个点，那么v n =gnTB ．N 点是第n 个点，那么v n =g (n －1)TC ．v n =T s s n n 21++D ．v n =Td d n n 211-+－ 6．在“验证机械能守恒定律”的实验中（1）实验的研究对象是______．（2）供选择的重物有以下四个，应选择A ．质量为100 g 的钩码B ．质量为10 g 的砝码C ．质量为200 g 的木球D ．质量为10 g 的塑料球（3）给打点计时器提供的电源如下，应选择A ．4节干电池B ．3节蓄电池C ．学生电源4 V~6 V ，交流输出D ．学生电源4 V~6 V ，直流输出 7．验证机械能守恒定律的实验步骤有（1）将打点计时器竖直安装在铁架台上．（2）接通电源，再松开纸带，让重物自由下落．（3）取下纸带，再换一条新纸带，重复以上实验步骤．（4）将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带使重物静止．（5）选取一层次想纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h 1、h 2、h 3……并计算出相应的瞬时速度v 1、v 2、v 3……（6）别离计算出21mv n 2与mgh n ，在误差许诺范围内，看是不是相等． 上述步骤合理的顺序是_______． 8．在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，如此的结果会有A ．mgh >21mv 2 B ．mgh <21mv 2 C ．mgh =21mv 2 D ．以上都有可能 9．在“利用重锤自由下落验证机械能守恒定律”的实验中，产生误差的要紧缘故是A ．重锤下落的实际高度大于测量值B ．重锤下落的实际高度小于测量值C ．重锤实际末速度v 大于gt （g 为重力加速度，t 为下落时刻）D ．重锤实际末速度v 小于gt10．在“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 ，查得本地的重力加速度g =9．80 m/s 2,测得所用的重物的质量为1．00 kg ，实验中取得一条点迹清楚的纸带，如下图，把第一个点记作O ，另选持续的4个点A 、B 、C 、D 作为测量的点，经测量明白A 、B 、C 、D 各点到O 点的距离别离为62．99 cm 、70．18 cm 、77．76 cm 、85．73 cm ，依照以上数据，可知重物由O 点运动到C 点，重力势能的减少量等于_____J ，动能的增加量等于_____J ．（取三位有效数字）参考答案1．低压直流电源、天平、秒表 重锤、刻度尺2．纸带上打出的某两点间的距离 打某点时的瞬时速度3．CD4．丙同窗的操作步骤中有错误．错误操作是先放开纸带后接通电源．（1）左 （2）T OA OC 2－=0.98 m /s （3）mg ×OB =0．49 J 21mv B 2=0．48 J （4）＞ 实验中有阻力 （5）在实验误差许诺范围内，机械能守恒．5． CD6．（1）带纸带夹的重锤 （2）A （3）C7．（1）（4）（2）（3）（5）（6）8． A9． D10．7．62 7．57。
高中物理 机械能守恒定律 第九节 验证机械能守恒定律课时作业 新人教版必修1
高中物理机械能守恒定律第九节验证机械能守恒定律课时作业新人教版必修1一、选择题1．用自由落体法验证机械能守恒定律，下面哪些测量工具是必需的()A．天平 B．弹簧测力计C．刻度尺D．秒表[解析]验证机械能守恒定律的实验中，需用刻度尺测量计数点之间的距离，不需用天平测出重物的质量，也不需用秒表和弹簧测力计，故正确答案为C.[答案] C2．在验证机械能守恒定律的实验中，对于自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利()A．只要足够重就可以B．只要体积够小就可以C．既要足够重，又要体积非常小D．应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带在运动时不致扭曲[解析]利用重物下落验证机械能守恒时，必须让空气阻力对实验结果的影响越小越好，所以重物的密度越大，阻力相对重力越小，越有利于减小实验误差，同时还应便于实验操作，故正确选项为C、D.[答案]CD3．某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中正确的是()A．把电磁打点计时器固定在铁架台上，并用导线连接到低压交流电源上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]在做“验证机械能守恒定律”的实验时，应先接通电源，后释放纸带，以保证打第一个点时纸带的初速度为零，故只有C错误，A、B、D均正确．[答案]ABD4．在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的原因是()A．选用重锤的质量过大B．选用重锤的质量过小C．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力D．实验时操作不仔细，实验数据测量不准确[解析]在重锤下落过程中，重锤需克服空气的阻力及打点计时器对纸带的阻力做功，重锤减少的重力势能在克服阻力做功的过程中消耗掉一部分，因此重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，故只有C是正确的．[答案] C5．如下图所示，是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中N点来验证机械能守恒定律，下面举出一些计算打N点时纸带下落速度的方法，其中正确的是(T 是打点周期)()A ．N 点是第n 个点，则vn ＝gnTB ．N 点是第n 个点，则vn ＝g(n －1)TC ．vn ＝sn ＋sn ＋12TD ．vn ＝dn ＋1＋dn －12T[解析] 在实验中应使用测量值尽量接近真实值，只有C 选项能达到此目的．[答案] C6．在利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中，产生误差的主要原因是( )A ．重物下落的实际高度大于测量值B ．重物下落的实际高度小于测量值C ．重物实际末速度v 大于gt(g 为重力加速度，t 为下落时间)D ．重物实际末速度v 小于gt[解析] 由于纸带与重物同步运动，故所测纸带上两点间距离与重物下落高度相同，A 、B 均错；由于存在阻力作用，重物下落加速度a<g ，故实际末速度v ＝at<gt ，C 错，D 对．[答案] D二、非选择题7．在验证机械能守恒定律的实验中，若以v22为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出v22－h 图线应是__________；v22－h 图线的斜率等于__________的数值． [解析] 对做自由落体运动的物体，据机械能守恒定律得：mgh ＝12mv2，所以12v2＝gh ，12v2∝h.[答案] 过原点的一条直线 重力加速度8．本实验中挑选纸带的原则是：①__________；②__________；③__________.纸带上第1、2两点间的距离等于1.96 mm ，则说明____________________；纸带上第1、2两点的间距小于1.96 mm 则说明__________．[答案] ①点迹清晰 ②点迹在一直线上 ③第一、二两点间距接近2 mm 物体在打点时开始下落，物体在打点后开始下落9．右图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有__________．(填入正确选项前的字母) A．米尺B．停表C．0～12 V的直流电源D．0～12 V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有__________．(写出两个原因)[解析](1)需要米尺来测量两点之间的距离，电磁打点计时器需用交流电源，故选A、D.(2)①纸带与电磁打点计时器之间存在摩擦阻力；②测量两点之间距离时的读数有误差；③计算势能变化时，选取的两点距离过近；④交变电流频率不稳定．(选取两个原因即可) [答案](1)AD(2)见解析10．验证机械能守恒定律的实验步骤安排如下：A．把电磁打点计时器固定在铁架台上，并用导线将打点计时器接在低压交流电源上B．将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让手尽量靠近打点计时器C．松开纸带，接通电源D．更换纸带，重复几次，选点迹清晰的纸带进行测量E．用天平测量重物的质量m在上述实验步骤中错误的是__________和__________，可有可无的是__________．[解析]B步骤中应让重物尽量靠近打点计时器，而不是手靠近；C步骤中应先接通电源，后释放纸带；E步骤可有可无，不称量重物的质量也可验证机械能守恒定律．[答案]B C E11．利用下图甲所示的装置做验证机械能守恒定律的实验，按正确的实验操作得到几条打上点迹的纸带．通常要求从其中挑选头两点(即0、1两点)间距离接近2 mm 的纸带进行测量．但一位同学未按此要求，却选取了一条操作正确、点迹清楚，但头两点(0与1点)间的距离明显小于2 mm 的纸进行标点(标出0、1、2、3……各实际点迹)、测量(测出各点与0点的高度差h1、h2、h3……)，见图乙，那么能否用它正确计算比较点n 位置处的动能与重力势能的对应关系(n ＝2,3,4，…)，即能否验证12mv 2n ＝mghn ？__________，理由是____________________________________，列出点n 处瞬时速度的计算式(应用从纸带上读取的数据)vn ＝__________.[解析] 本题的实验过程要求先接通电源，开启打点计时器，在纸带上记下初始位置．然后将纸带、重锤系统适时地由静止释放使之自由下落．所谓“适时”，最理想的情况是在振针刚好打在纸带上的一瞬间释放，纸带上的头两点的间隔就是自由落体在第一个0.02 s 内下落的位移，即h1＝12gt21＝12×9.8×(0.02)2 m ＝1.96 mm≈2 mm. 但这种情况的机会很少，通常是在振针两次敲击纸带之间的某时刻松手释放．但只要是由静止释放，运动性质仍然是自由落体，只是纸带上头两点之间的距离h1由于所经历的时间小于0.02 s 而较2 mm 要短些．因此仍可以进行验证机械能守恒的计算，即比较点n 位置的动能12mv2n 与重力势能减少量mghn 的等量关系． 同样道理，因下落高度h 和速度都不能用理论计算值，而只能用实际测量值，故不从第一点开始，如从第3点到第8点之间的纸带也能验证机械能是否守恒，只要计算出势能减少量是否等于对应的动能增加量即可．[答案] 能 因为运动性质仍为自由落体运动，只要将n ＝1的位置除外即可hn ＋1－hn －12T12．如下图甲所示，将包有白纸的圆柱棒替代纸带和重物，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．当烧断挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱棒白纸上画出记号，如下图乙所示，测得记号之间的距离依次为26、42、58、74、90、106 mm ，已知马达铭牌上有“1440 r/min”字样，请说明如何由此验证机械能守恒定律．[解析] 其方法如下：(1)由马达铭牌“1440 r/min”算出毛笔画的线距的时间间隔为 T ＝1n ＝601440s≈0.04 s. (2)根据vn ＝xn ＋xn ＋12T算出任意选取的画相邻两条线时圆柱棒的瞬时速度， vC ＝＋－32×0.04 m/s ＝1.25 m/s ， vD ＝＋－32×0.04 m/s ＝1.65 m/s.故ΔEk ＝12mv2D －12mv2C ＝12m(v2D －v2C ) ＝12m×(1.652－1.252) J ＝0.58m J. 而－ΔEp ＝mg·CD ＝m×10×58×10－3 J ＝0.58m J ，可见ΔEk ＝－ΔEp ，这就验证了圆柱棒自由下落时，机械能是守恒的．[答案] 见解析。
邢台市第二中学人教版高中物理二课时练习第节验证机械能守恒定律含答案
第9节验证机械能守恒定律1．在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中装置如图所示：(1）下面叙述正确的是(_____)A、应该用天平称出物体的质量.B、电磁打点计时器应接在电压为220V的直流电源上。
C、操作时应先放纸带再通电.D、应该选用点迹清晰，第一、二两点间的距离小于且接近2mm的纸带。
（2）如图是实验中得到的一条纸带。
已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，当地的重力加速度g＝9．80 m/s2，测得所用重物的质量为1．00 kg，纸带上第0、1两点间距离接近2 mm，A、B、C、D 是连续打出的四个点，它们到0点的距离如图所示。
则由图中数据可知，打点计时器打下计数点C时，物体的速度V C= _______m/s ；由0点运动到C点的过程中，重物的重力势能的减少量等于_________J，动能的增加量等于________J(结果保留三位有效数字）。
2．在“验证机械能守恒定律”的实验中：(1）从下列器材中选出实验所必须的，其编号为________．A．打点计时器(包括纸带）B．重物C．天平D ．毫米刻度尺E ．秒表F ．运动小车(2)打点计时器的安装放置要求为________；开始打点计时的时候，应先________，然后________．(3）实验中产生系统误差的原因主要是________________，使重物获得的动能往往________．为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择_______________________．（4)如果以22v 为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出的22v －h 图线是________，该线的斜率等于_____________．3．在利用电磁打点计时器（电磁打点计时器所用电源频率为50Hz)“验证机械能守恒定律”的实验中:（1)某同学用如图所示装置进行实验，得到如图所示的纸带，把第一个点（初速度为零）记作O 点,测出点O 、A 间的距离为68．97cm,点A 、C 间的距离为15．24cm ，点C 、E 间的距离为16．76cm ，已知当地重力加速度为9．8m/s 2,重锤的质量为m ＝1．0kg ，则打点计时器在打O 点到C 点的这段时间内，重锤动能的增加量为________J ，重力势能的减少量为________J （此空保留3位有效数字)。
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第9节实验:验证机械能守恒定律实验原理与误差分析1.下列关于利用打点计时器和重物下落“验证机械能守恒定律”实验中的实验误差说法中,正确的是( B )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=mv2,其中质量可以约去,没必要测量重物质量,选项A错误;当重物质量大一些时,空气阻力可以忽略,选项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,选项D错误.2.(2016·山东潍坊质检)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0.05 s闪光一次,如图所示,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10 m/s2,小球质量m=0.2 kg,结果保留三位有效数字).(1)由图中的数据计算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ΔE p= J,动能减少量ΔE k= J.(3)在误差允许的范围内,若ΔE p与ΔE k近似相等,从而验证了机械能守恒定律.由上述计算得ΔE pΔE k(选填“>”“<”或“=”),造成这种结果的主要原因是.解析:(1)v5= m/s=4.08 m/s.(2)由题给条件知:h25=(26.68+24.16+21.66) cm=72.5 cm=0.725 m.ΔE p=mgh25=0.2×10×0.725 J=1.45 J,m-m=×0.2×(5.592-4.082) J=1.46 J.ΔE(3)由(2)中知ΔE p<ΔE k,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)1.45 1.46(3)< 原因见解析3.(2016·广东广州模拟)DIS实验是利用现代信息技术进行的实验.老师上课时“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图(甲)所示,在某次实验中,选择DIS以图像方式显示实验的结果,所显示的图像如图(乙)所示.图像的横轴表示小球距D点的高度h,纵轴表示摆球的重力势能E p、动能E k或机械能E.试回答下列问题:(1)图(乙)的图像中,表示小球的重力势能E p、动能E k、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E p、动能E k、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ.(2)由题图(乙)所示图像可以得出的结论是小球的机械能守恒.答案:(1)Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ(2)小球的机械能守恒实验操作与数据处理4.用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律,在下面所列举的该实验的几个操作步骤中,你认为没有必要进行的或者错误的步骤是( CD )A.按照图示的装置安装器件B.将打点计时器接到学生电源的交流输出端上C.用天平测量出重物的质量D.先放手让纸带和重物下落,再接通电源开关E.在打出的纸带上,依据打点的先后顺序选取A,B,C,D四个合适的相邻点,通过测量计算得出B,C两点的速度为v B,v C,并测出B,C两点间的距离为hF.在误差允许范围内,看减少的重力势能mgh是否等于增加的动能m-m,从而验证机械能守恒定律5.利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图所示.(1)实验步骤:①将气垫导轨放在水平桌面上,桌面高度不低于1 m,将导轨调至水平.②用游标卡尺测出挡光条的宽度l=9.30 mm.③由导轨标尺读出两光电门中心间的距离x= cm.④将滑块移至光电门1左侧某处,待砝码静止不动时,释放滑块,要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2.⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M,再称出托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测得量的字母写出下列物理量的表达式.①滑块通过光电门1和光电门2时,瞬时速度分别为v1= 和v2= .②当滑块通过光电门1和光电门2时,系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1= 和E k2= .③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少量ΔE p= (重力加速度为g).(3)如果ΔE p= ,则可认为验证了机械能守恒定律.解析:(1)距离x=80.30 cm-20.30 cm=60.00 cm.(2)①由于挡光条宽度很小,因此可以将挡光条通过光电门时的平均速度当成瞬时速度,挡光条的宽度l已知,挡光时间Δt可从数字计时器读出.因此,滑块通过光电门1和光电门2的瞬时速度分别为v1=,v2=.②当滑块通过光电门1和光电门2时,系统的总动能分别为E k1=(M+m)=(M+m)()2,E k2=(M+m)=(M+m)()2.③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少量ΔE p=mgx.(3)如果在误差允许的范围内ΔE p=E k2-E k1,则可认为验证了机械能守恒定律.答案:(1)60.00(59.96～60.04之间均正确)(2)①②(M+m)()2(M+m)()2③mgx (3)E k2-E k1【教师备用】利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h,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高度h,并测出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度v.B.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=计算出瞬时速度.C.根据做匀变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h=计算出高度h.D.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变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v.(1)以上方案中只有一种最合理,最合理的是.(填入上述相应的字母)(2)要使该实验误差尽量小,下述注意点正确的是(填入下述相应的字母).a.使重锤的质量越大越好,但悬挂时不能拉断纸带b.选用电火花计时器比电磁打点计时器更好,可减小阻力影响c.测长度时保持纸带悬挂状态,刻度尺的读数更准确d.纸带上留下的点越大越好e.纸带长一点更好解析:(1)A,B,C中用匀变速直线运动公式求v和h,这样得到的v、h不是实验直接测量数据,不能达到验证机械能守恒定律的目的.(2)纸带太长,会增大阻力,a、b项正确.答案:(1)D (2)ab【教师备用】 (2016·河北石家庄质检)在“验证机械能守恒定律”实验中,某研究小组采用了如图所示的实验装置,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O点,记下小球静止时球心的位置O′,在O′位置放置一个光电门,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.该同学测出一组数据:高度h=0.2 m,挡光时间Δt=0.005 2 s,小球质量m=1 kg,小球直径d=1.02 cm,g=9.8 m/s2.计算小球重力势能的减少量ΔE p= J,动能的增加量ΔE k= J,得出的结论: ,分析误差产生的原因是 .解析:小球重力势能的减少量ΔE p=mgh=1×9.8×0.2 J=1.96 J,动能的增加量ΔE k=m()2=1.92 J,在误差允许范围内,动能的增加量与重力势能的减少量相等,所以在误差允许范围内机械能守恒.由于存在空气摩擦阻力,则小球的实际速度小于理论速度,则导致动能略小于重力势能,所以产生误差的原因为空气对球有摩擦阻力作用.答案:1.96 1.92 在误差允许的范围内机械能守恒空气对球有摩擦阻力【教师备用】图中(甲)、(乙)两图都是用来“验证机械能守恒定律”的装置示意图,已知该打点计时器的打点频率为50 Hz.(1)(甲)、(乙)两图相比较, 图所示的装置较好,简单说明原因: .(2)(丙)图是采用较好的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带,其中O 点为打出的第一个点,标为1,后面依次打下一系列点迹分别标为2,3,4,5….经测量,第1,2两点间距离小于1 mm.对此小张和小李两位同学展开了讨论.小张同学认为:由自由落体运动可知,纸带若由静止开始下落,则1,2两点间的距离应接近2 mm,这样的纸带不能用来进行实验数据的处理;小李同学认为:纸带上1,2两点间的距离没有接近2 mm是因为打第一个点时纸带速度不为0,所以不要从第一点就开始计算,我们必须从后面的计数点中取点算出速度与高度来验证守恒定律.两人的观点是否正确? ;纸带上1、2两点间的距离远小于2 mm的主要原因是: .(3)如果以为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出h图线是,该图线的斜率是.解析:做本实验时没有必要刻意选择第1,2点间距离接近2 mm的纸带.如果1,2点间的距离小于2 mm,意味着打第1个点时纸带未同步开始下落,而是有些滞后.故打第一个点时纸带速度为0.若重物自由下落,应有mv2=mgh,即v2=gh,由数学知识可知,和h成正比,绘出h图线将是正比例函数图像,图线的斜率k=g.答案:(1)(甲) 因为用夹子固定纸带,可以避免(乙)图中用手握住纸带的弊端,一方面,由于手的抖动会造成纸带上的第一个点迹被拖长或位置不确定;另一方面,用夹子固定纸带,便于将纸带调整为竖直方向,以避免纸带与打点计时器限位孔之间产生过大的摩擦(两方面答出其一就算答对)(2)两人的观点都不正确打第1个点时纸带未同步开始下落,而是有些滞后(3)正比例函数图像(或过原点的一条倾斜直线) 重力加速度g。