江苏省2017高考物理大一轮复习配套检测：第六章 实验五 验证机械能守恒定律 Word版含答案
高考调研测试：5-6《实验：验证机械能守恒定律(含答案)
课时作业(二十九)1．(单选)以下说法中正确的是( ) A ．物体做匀速运动，它的机械能一定守恒 B ．物体所受合力的功为零，它的机械能一定守恒 C ．物体所受合力不等于零，它的机械能可能守恒 D ．物体所受合力等于零，它的机械能一定守恒解析 物体做匀速运动时动能不变，但是高度可以改变，重力势能改变，所以A 项错误；合力的功为零，只是动能不变，B 项错误；物体所受合力不等于零，例如只在重力作用下的运动，机械能守恒，所以选项C 正确；D 选项实质与A 选项相同，所以错误．答案 C2．(单选)关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是( )A ．实验中摩擦是不可避免的，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 ．实验时需称出重物的质量C ．纸带上第1、2两点间距若不接近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，而不必采用“计数点”的方法 解析 A 选项中，纸带过短，长度测量的相对误差较大，故A 项错误；由12mv 2＝mgh 知，只需验证12v 2＝gh即可，不必测重物质量，故B 项错；对C 选项中的纸带，可选点迹清晰、距离合适的任意两点M 、N ，通过计算ΔE k ＝12mv 2N －12mv 2M 与mgh MN 比较，实验误差不一定大，故C 项错误；由于自由落体加速度较大，因此除去1、2两点距离可能很小，其他相邻两点间的距离均大于或远大于2 mm ，用毫米刻度尺测量完全可以，不必采用“计数点”法，故D 项正确．答案 D3．(2018·课标全国)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 ．秒表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)本实验需测量长度，但不需要用秒表计时，选项A 正确，选项B 错误；打点计时器需要用交流电源，选项C 错误，选项D 正确．(2)摩擦和长度测量读数问题是产生误差的主要原因． 答案 (1)AD(2)纸带和打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差 4.如图所示，实验装置验证机械能守恒定律．通过电磁铁控制的小铁球从A 点自由下落，下落过程中经过光电门B 时，毫秒计时器(图中未画出)记录下挡光时间t ，测出AB 之间的距离h.实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．(1)为了验证机械能守恒定律，还需要测量下列哪些物理量________． A ．A 点与地面间的距离H B ．小铁球的质量mC ．小铁球从A 到B 的下落时间t ABD ．小铁球的直径d(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度v ＝________，若下落过程中机械能守恒，则1t 2与h 的关系式为1t 2＝________.解析 (1)要验证机械能守恒定律，除知道小铁球下落的高度外，还需要计算小铁球通过光电门时的速度v ，因此需要测量出小铁球的直径d.(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度v ＝d t .若下落过程中机械能守恒，则mgh ＝12mv 2，解得1t 2＝2gd 2h.答案 (1)D (2)d t 2gd 2h5.用如图装置可验证机械能守恒定律．轻绳两端系着质量相等的物块A 、B ，物块B 上放置一金属片C.铁架台上固定一金属圆环，圆环放在物块B 正下方．系统静止时，金属片C 与圆环间的高度差为h.由此释放，系统开始运动，当物块B 穿过圆环时，金属片C 被搁置在圆环上．两光电门固定在铁架台P 1、P 2处，通过数字计时器可测出物块B 通过P 1、P 2这段时间．(1)若测得P 1、P 2之间的距离为d ，物块B 通过这段距离的时间为t ，则物块B 刚穿过圆环后的速度v ＝________.(2)若物块A 、B 的质量均用M 表示，金属片C 的质量用m 表示，该实验中验证了下面哪个等式成立，即可验证机械能守恒定律．正确选项为________．A ．mgh ＝12Mv 2B ．mgh ＝Mv 2C ．mgh ＝12(2M ＋m)v 2D ．mgh ＝12(M ＋m)v 2(3)本实验中的测量仪器除了刻度尺、光电门、数字计时器外，还需要________．(4)改变物块B 的初始位置，使物块B 由不同的高度落下穿过圆环，记录各次高度差h 以及物块B 通过P 1、P 2这段距离的时间为t ，以h 为纵轴，以________(填“t 2”或“1/t 2”)为横轴，通过描点作出的图线是一条过原点的直线．该直线的斜率k ＝________(用m 、M 、d 表示)．解析 (1)物块B 刚穿过圆环后的速度v ＝d/t.(2)对物块A 、B 和金属片C 组成的系统，减少的重力势能mgh ，增加的动能为12(2M ＋m)v 2，要验证机械能守恒定律，等式mgh ＝12(2M ＋m)v 2成立．(3)需用天平测量物块A 、B 和金属片C 的质量． (4)由mgh ＝12(2M ＋m)v 2和v ＝d/t ，可得h ＝＋22mg ×1t2，以h 为纵轴，以“1/t 2”为横轴，通过描点作出的图线是一条过原点的直线．该直线的斜率k ＝＋22mg答案 (1)d/t (2)C (3)天平 (4)1t2＋22mg6．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 ，当地重力加速度的值为9.80 m/s 2，测得所用重物的质量为1.00 kg.甲、乙、丙三位学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18 cm 、0.19 cm 和0.25 cm ，可见其中肯定有一个学生在操作上有错误．(1)错误操作是_____________________________________________________________．(2)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 的距离如下图所示(相邻计数点时间间隔为0.02 s)，那么(结果均保留两位有效数字)①纸带的________端与重物相连．②打点计时器打下计数点B 时，重物的速度v B ＝________.③在从起点O 到打下计数点B 的过程中重物重力势能的减少量是ΔE p ＝________，此过程中重物动能的增加量是ΔE k ＝________.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____________________________________________________________．解析 丙同学的操作步骤中有错误，错误操作是先放开纸带后接通电源．根据题图可知，纸带的左端与重物相连；v B ＝x OC －x OA 2T ＝0.98 m/s ；ΔE p ＝mgx OB ＝0.49 J ，ΔE k ＝12mv 2B ＝0.48 J ；ΔE p >ΔE k ，这是因为实验中存在着阻力；通过实验分析可知，在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒．答案 (1)先放开纸带后接通电源(2)①左 ②0.98 m/s ③0.49 J 0.48 J ④> 实验中存在着阻力 ⑤在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒7．某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如下图所示的甲、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下图所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s ，请根据纸带计算出B 点的速度大小为________m/s.(结果保留三位有效数字)(3)该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v 2h 图线如下图所示，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 采用乙方案时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑的过程中机械能不守恒，故乙方案不能用于验证机械能守恒定律．(2)v B ＝－－20.04m/s≈1.37 m/s.(3)因为mgh ＝12mv 2，所以g ＝12v 2h ＝12k ，k 为图线的斜率，求得g ＝9.8 m/s 2.答案 (1)见解 (2)1.37 (3)9.88.某同学利用如图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，如下表所示：请在坐标纸上作出s 2(3)对比实验结果与理论计算得到的s 2h 关系图线(下图中已画出)，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s 2h 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_____________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________.解析 (1)设钢球从轨道末端抛出的速度为v 0，则有mgh ＝12mv 20，在平抛过程中，有H ＝12gt 2，s ＝v 0t ，由以上三式，解得s 2＝4Hh.(2)利用五组数据描点，作图可得s 2h 图线为过原点的倾斜直线． (3)由(2)中图象可知，对同一个h 值，s 测<s 理，由v 0＝st 可知，v 0测<v 0理．(4)主要是摩擦力的影响，还有转动的因素． 答案 (1)4Hh (2)见下图(3)小于(4)摩擦，转动(回答任一即可)9．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将气垫导致放在水平桌面上，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＝9.30 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示物理量的表达式：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．解析由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm.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看做瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间Δt可从数字计时器读出，因此，滑块通过光电门的瞬时速度为lΔt，则通过光电门1时瞬时速度为lΔt1，通过光电门2时瞬时速度为lΔt2.由于质量事先已用天平测出，由公式E k＝12mv2，可得系统通过光电门1时动能E k1＝12(M＋m)(lΔt1)2，系统通过光电门2时动能E k2＝12(M ＋m)(l Δt 2)2.末动能减初动能可得动能的增加量．两光电门中心之间的距离s 即砝码和托盘下落的高度，系统势能的减小量ΔE p ＝mgs ，最后对比E k2－E k1与ΔE p 数值大小，在误差允许的范围内相等，就验证了机械能守恒定律．答案 (1)③60.00(59.96－60.04) (2)①l Δt 1 l Δt 2 ②12(M ＋m)(l Δt 1)212(M ＋m)(l Δt 2)2③mgs (3)E k2－E k110．在利用打点计时器验证做自由落体运动的物体机械能守恒的实验中．(1)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.某小组的同学利用实验得到的纸带，共设计了以下四种测量方案，其中正确的是________．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vB ．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vC ．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(2)已知当地重力加速度为g ，使用交流电的频率为f.在打出的纸带上选取连续打出的五个点A 、B 、C 、D 、E ，如下图所示．测出A 点距离起始点O 的距离为s 0，A 、C 两点间的距离为s 1，C 、E 两点间的距离为s 2，根据前述条件，如果在实验误差允许的范围内满足关系式________________________，即验证了物体下落过程中机械能是守恒的．而在实际的实验结果中，往往会出现物体的动能增加量略小于重力势能的减少量，出现这样结果的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析 (1)该实验中需要验证的是mgh ＝12mv 2，化简可得gh ＝12v 2，因此只需要了解h 和各点的瞬时速度，h用刻度尺直接测量即可，而v 需根据匀变速直线运动的规律求解．则本题的正确选项为D.(2)由运动学的规律可知v C ＝v －AE ＝s AE t AE ＝s 1＋s 24f＝1＋s 24，测量可得s OC ＝s 0＋s 1，代入gh ＝12v 2，整理可得32g(s 0＋s 1)＝f 2(s 1＋s 2)2；由于纸带在运动的过程中要受到来自打点计时器的阻力，而阻力对纸带做负功，因此物体的动能增加量略小于重力势能的减小量．答案 (1)D (2)32g(s 0＋s 1)＝f 2(s 1＋s 2)2打点计时器有阻力作用，阻力对纸带做负功。
高考物理一轮复习专题5验证机械能守恒定律测含解析
专题25 验证机械能守恒定律（测）【满分：110分 时间：90分钟】实验题（共10小题，每题11分）1．如图所示为利用自由落体“验证机械能守恒定律”的实验装置。
①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（其中一段纸带图中未画出）。
图中O 点为打出的起始点，且速度为零。
选取在纸带上连续打出的点A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 作为计数点。
其中测出D 、E 、F 点距起始点O 的距离如图所示。
已知打点计时器打点周期为T =0.02s 。
由此可计算出物体下落到E 点时的瞬时速度v E =______ m/s （结果保留三位有效数字）。
②若已知当地重力加速度为g ，代入图3中所测的数据进行计算，并将221E v 与进行比较（用题中所给字母表示），即可在误差范围内验证，从O 点到E 点的过程中机械能是否守恒。
③某同学进行数据处理时不慎将纸带前半部分损坏，找不到打出的起始点O 了，如图所示。
于是他利用剩余的纸带进行如下的测量：以A 点为起点，测量各点到A 点的距离h ，计算出物体下落到各点的速度v ，并作出v 2-h 图像。
图5中给出了a 、b 、c 三条直线，他作出的图像应该是直线_________；由图像得出，A 点到起始点O 的距离为_________cm （结果保留三位有效数字）。
B C D E A F G④ 某同学在家里做“验证机械能守恒定律”的实验，他设计的实验装置如图6所示，用细线的一端系住一个较重的小铁锁（可看成质点），另一端缠系在一支笔上，将笔放在水平桌面的边上，用较重的书压住。
将铁锁拉至与桌面等高处（细线拉直），然后自由释放。
在笔的正下方某合适位置放一小刀，铁锁经过时，细线立即被割断，铁锁继续向前运动，落在水平地面上。
测得水平桌面高度为h ，笔到铁锁的距离为l ，笔到铁锁落地的水平距离为s 。
若满足s 2=___________（用l 、h 表示），即可验证铁锁从释放至运动到笔的正下方的过程中机械能守恒。
高考物理大一轮复习配套检测：第六章 实验五 验证机械能守恒定律 Word版含答案
实验五:验证机械能守恒定律1.(2017·泰州摸底调研)某活动小组利用图甲装置“验证机械能守恒定律”.钢球自由下落过程中,先后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为t A、t B.用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度.测出两光电门间的距离为h,钢球直径为D,当地重力加速度为g.甲乙(1)用20分度的游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为D=cm.(2)要验证机械能守恒,只要比较.A. D2与gh是否相等B. D2与2gh是否相等C. D2与gh是否相等D. D2与2gh是否相等(3)钢球通过光电门的平均速度(填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差(填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小.2.(2015·连云港三模)如图所示,气垫导轨上滑块的质量为M,钩码的质量为m,遮光条宽度为d,两光电门间的距离为L,气源开通后滑块在牵引力的作用下先后通过两个光电门的时间为Δt1和Δt2.当地的重力加速度为g.(1)用上述装置测量滑块加速度的表达式为(用已知量表示).(2)用上述装置探究滑块加速度a与质量M及拉力F的关系,要使绳中拉力近似等于钩码的重力,则m与M之间的关系应满足.(3)用上述装置探究系统在运动中的机械能关系,滑块从光电门1运动到光电门2的过程中满足关系式(用已知量表示)时,系统机械能守恒.若测量过程中发现系统动能增量总是大于钩码重力势能的减少量,可能的原因是.3.(2016·淮安5月模拟)用落体法“验证机械能守恒定律”,器材安装如图甲.(1)请指出图甲中的错误及不妥之处.(至少写出两处)①.②.(2)改进实验中错误及不妥之处后,打出如图乙所示一条纸带.已知打点计时器频率为50 Hz,根据纸带所给数据,打C点时重物的速度为m/s.(结果保留两位有效数字)甲乙丙(3)某同学选用两个形状相同质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据,画出的图象如图丙所示,求出图线的斜率k,由图象可知a的质量m1(填“大于”或“小于”)b的质量m2.(4)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验过程中存在各种阻力,已知实验所用重物的质量m2=0.052 kg,当地重力加速度g=9.78 m/s2,求出重物所受的平均阻力f=N.(结果保留两位有效数字)4.(2016·南通、扬州、泰州三模)(1)如图甲所示,螺旋测微器的读数为cm.甲乙(2)某实验小组用如图乙所示的装置“验证机械能守恒定律”.①实验中得到的一条纸带如图丙所示,第一个打点标记为O,选择点迹清晰且便于测量的连续6个点,标为1、2、…、6,测出各点到O点的距离分别为d1、d2、…、d6.已知打点频率为f,则打点2时小车的速度为;若钩码质量为m,已知当地重力加速度为g,则验证点2与点5间重锤的机械能守恒的关系式可表示为.丙②已知打点频率f=50 Hz,如果发现纸带上第一个和第二个打点间的距离大约是5 mm,出现这种情况可能的原因是.A. 重锤的质量过大B. 电源电压偏大C. 打点计时器没有竖直固定D. 先释放纸带后接通打点计时器5.(2016·苏州一模)用如图甲所示的实验装置验证m1、m2及地球组成的系统机械能守恒.m2从高处由静止开始下落,m1下面拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.图乙给出的是实验中获取的一条纸带:0是刚开始运动时打下的点,每相邻两计数点间还有4个计时点(图中未标出).已知m1=50 g、m2=150 g,取g=9.8 m/s2,则:(结果保留两位有效数字)甲乙(1)在纸带上打下计数点5时的速度v=m/s.(2)从0点到第5个计数点的过程中系统功能的增量ΔE k=J,系统势能的减少量ΔE p= J.(3)通过(2)中的数据你得出的实验结论是.6.(2016·海安、南外、金陵三校联考)某实验小组利用如图甲所示气垫导轨装置“验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒”.甲乙(1)如图乙所示,使用游标卡尺测量遮光条宽度,读数为cm.(2)实验前需要调节气垫导轨,操作过程是:①(填“挂上”或“卸掉”)钩码,(填“接通”或“关闭”)气源.②调节导轨底座旋钮,使得滑块运动时通过两光电门遮光条遮光时间Δt1Δt2(填“>”或“=”或“<”).(3)已知钩码质量m,滑块质量M,遮光条宽度d,数字计时器1和2的读数为Δt1、Δt2,两光电门之间的距离为L,若在实验误差允许范围内满足等量关系,则系统机械能守恒.(4)关于上述实验,下列说法中正确的是.A. 两光电门之间的距离要小一些B. 钩码的质量应远小于滑块的质量C. 滑轮应选用轻质的7.(2015·淮安5月模考)某同学利用图示装置来研究机械能守恒问题,设计了如下实验.A、B 是质量均为m的小物块,C是质量为M的重物,A、B间由轻弹簧相连,A、C间由轻绳相连.在物块B下放置一压力传感器,重物C下放置一速度传感器,压力传感器与速度传感器相连.当压力传感器示数为零时,就触发速度传感器测定此时重物C的速度.整个实验中弹簧均处于弹性限度内,重力加速度为g.实验操作如下:(1)开始时,系统在外力作用下保持静止,细绳拉直但张力为零.现释放C,使其向下运动,当压力传感器示数为零时,触发速度传感器测出C的速度为v.(2)在实验中保持A,B质量不变,改变C的质量M,多次重复第(1)步.①该实验中,M和m大小关系必需满足M(填“小于”“等于”或“大于”)m.②为便于研究速度v与质量M的关系,每次测重物的速度时,其已下降的高度应(填“相同”或“不同”).③根据所测数据,为得到线性关系图线,应作出(填“v2-M”“v2-”或“v2-”)图线.④根据③问的图线知,图线在纵轴上截距为b,则弹簧的劲度系数为(用题给的已知量表示).实验五:验证机械能守恒定律1.(1) 1.020(2) D(3)<不能2.(1)a=(2)M≫m(3)mgL=(M+m)(-)导轨不平,右端高【解析】(1)根据运动学公式-=2aL,有-=2aL,得出a=(-).(2)设绳中拉力为F,则分别对滑块和钩码列方程mg-F=ma,F=Ma,得F=M·=mg,所以当m≪M时,F≈mg.(3)对系统分析,钩码重力势能的减少量等于钩码和滑块动能的增加量,即mgL=(M+m);若发现系统动能增量总是大于钩码重力势能的减少量,说明导轨不平,滑块的重力势能也是减少,才会出现这种情况.3.(1)①使用的是直流电源②重物离打点计时器太远③没有从上方提着纸带(2) 2.2(3)大于(4) 0.0314.(1) 1.0217(1.0216~1.0219均正确)(2)①f mg(d5-d2)=m(d6-d4)2f2-m(d3-d1)2f2② D【解析】(1)螺旋测微器的读数等于毫米整数加毫米小数,毫米整数为10mm,毫米小数为0.217mm,所以读数为10.217mm,即1.0217cm.(2)①打点2时小车的速度等于点1到点3的距离除以点1到点3的时间,v2=,而T=,所以v2=f;点2到点5之间重力势能转化为动能,则有mgh25=m-m,所以验证的关系式为mg(d5-d2)=m(d6-d4)2f2-m(d3-d1)2f2.②若为自由落体运动,且第一个点为初速度为零的点,则有h=gt2,其中t=0.02s,所以一、二两点间的距离h=0.00196m=1.96mm,现在第一个和第二个打点间的距离超过1.96mm,那说明第一个点不是初速度为零的点,A、B、C选项错误,D项正确.5.(1) 2.4(2) 0.580.59(3)在实验允许误差范围内,该系统运动中机械能守恒【解析】(1)打5号点时速度为v5= m/s=2.4m/s.(2)从0点到5号点的过程中系统增加的动能为(m1+m2)=0.576J≈0.58J.系统势能的减少量为m2gh05-m1gh05=0.588J≈0.59J.(3)在实验误差允许的范围内,系统的机械能守恒.6.(1) 0.630(2)①卸掉接通②=(3)mgL=Md2(4) B7.①大于②相同③v2-④【解析】①实验过程中需要C物体下滑,故需要满足M>m.②实验中需要控制重力做功一定,才能研究研究速度v与质量M的关系,故需要保证下降高度一定.③因为开始弹簧被压缩后的弹力为mg,最后弹簧被拉伸的弹力为mg,所以弹性势能始、末状态相同,故有(M+m)v2=(M-m)g(2Δx),解得v2=-8mgΔx+4gΔx,故为得到线性关系图线,应作出v2-图线.④当=0时,有b=4gΔx,联立mg=kΔx可得k=.。
高考物理(江苏专用)大一轮复习讲义课件：第5章 实验四 验证机械能守恒定律
实验四
验证机械能守恒定律
考纲解读
掌握验证机械能守恒定律的方法.
会用计算法或图象法处理实验数据.
知识梳理 考点一 考点二 考点三
知识梳理
1.实验目的 验证机械能守恒定律.
【基本实验要求】
2.实验原理
通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相 机械能 应过程动能的增加量，若二者相等，说明 守恒，从而
解析答
考点二 数据处理及误差分析
4
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该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打
点计时器的开关 解析 图线不过原点，说明开始时，重物已
经具有了动能，
因此该同学做实验时先释放了纸带，然后再 合上打点计时器 的开关.
(3) 实验中，钩码减少的重力势能总是略大于系统增加的动能，
主要原因是_____________________.
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考点二 数据处理及误差分析
4
5
4.在验证机械能守恒定律的实验中，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， g取9.8 m/s2，图中测量结果记录在下面的表格
0.98
m
12.8 0
/(m· s－1)
3.20
解析答
考点二 数据处理及误差分析
4
5
O点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零
解析答
考点二 数据处理及误差分析
4
5
(2) 同学乙利用同学甲的纸带测量出： OB ＝ 15.55 cm ， OC ＝
19.20 cm，OD＝23.23 cm.根据测量数据计算重物和纸带下落的 9.5 加速度a＝________m/s2，进一步计算重物和纸带下落过程中所 0.09 受的阻力Ff＝________N.
高考物理一轮复习第五章 实验六 验证机械能守恒定律 教学案
【实验目的】利用自由落体运动验证在只有重力作用情况下的物体机械能守恒．【实验原理】1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的________保持不变．若物体某时刻的瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为______，动能的增加量为____________，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律．2．计算打第n个点时速度的方法：测出第n个点与相邻前后点间的距离x n和x n＋1，由公式v n＝________________或v n＝h n＋1－h n－12T算出，如图1所示．【实验器材】铁架台(含铁夹)，打点计时器，__________，纸带，复写纸，导线，____________，重物(带纸带夹)．【实验步骤】1．安装、准备：按如图2装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好．把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在________________．2．打纸带：先__________，后__________，让重物带着纸带自由下落，这样计时器就在纸带上打下了一系列点，更换纸带重复上述步骤做3～5次实验．3．选纸带：分两种情况来说明(1)用12mv2＝mgh来验证时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带．若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的．这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选．(2)用12mv 2B －12mv 2A ＝mg Δh 验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，应选择适当的点作为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm 就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用．【数据处理】在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3、……用刻度尺测出对应下落高度h 1、h 2、h 3、……利用公式v n ＝h n ＋1－h n －12T计算出点1、点2、点3、……的瞬时速度v 1、v 2、v 3、…… 用以下三种方法进行验证：方法一：利用起始点和第n 点计算．代入gh n 和12v 2n，如果在实验误差允许的条件下gh n ＝12v 2n，则机械能守恒定律是正确的． 方法二：任取两点计算．(1)任取两点A 、B 测出h AB ，算出gh AB .(2)算出12v 2B －12v 2A的值． (3)若在实验误差允许的条件下gh AB ＝12v 2B －12v 2A ，则机械能守恒定律是正确的． 方法三：图象法．从纸带上选取多个点，测量从第一个点到其余各点的下落高度h ，并计算各点速度的平方v 2，然后以12v 2为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据画出12v 2－h 图线．若在实验误差允许的条件下，图象是一条过原点且斜率为g 的直线，则验证了机械能守恒．【注意事项】守恒， 即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用v n ＝gt n 计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而实际上因为受摩擦阻力的影响，机械能应减小，所以速度应从纸带上直接测量计算．同样的道理，重物下落的高度h ，也只能用刻度尺直接测量，而不能用h n ＝12gt 2n 或h n ＝v 2n 2g计算得到.【答案】实验原理1．机械能mgh 12mv2 2.x n＋x n＋12T实验器材学生电源毫米刻度尺实验步骤1．打点计时器附近 2.接通电源松开纸带题型一实验原理与步骤【例1】用如图3所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V的交流电和直流电两种．重物从高处由静止开始下落，重物拖着纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律．(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图示的装置安装器件；B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C．用天平测量出重物的质量；D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量打出的纸带上某些点间的距离；F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是______．(将其选项对应的字母填在横线处)(2)利用这个装置也可以测量重物下落的加速度a的数值．如图4所示，根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为x0，点A、C间的距离为x1，点C、E间的距离为x2，使用交流电的频率为f，根据这些条件计算重物下落的加速度a＝__________________.(3)在上述验证机械能守恒定律的实验中发现，重物减小的重力势能总是大于重物增加的动能，其原因主要是重物下落的过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度公认的较准确的值是g ，还需要测量的物理量是：______________.试用这些物理量和上图纸带上的数据符号表示出重物在下落的过程中受到的平均阻力为F ＝______________________________________________.答案：(1)BCD (2)x 2－x 1f 24 (3)重物的质量m m [g －x 2－x 1f 24]或m [g －x 1＋x 22f 2x 0＋x 1] 解析 (1)因本实验中是通过比较重物的重力势能减小量mgh n 和动能12mv 2n增加量的大小来达到验证的目的，对于同一个研究对象(重物)来说，质量是一定的，故只需比较gh n 和12v 2n就能达到目的，选项C 是没必要的．选项B 、D 是错误的，应将打点计时器接到电源的“交流输出”上；释放悬挂纸带的夹子，先接通电源开关再释放一条纸带．(2)因Δx ＝aT 2，所以a ＝Δx T 2＝x 2－x 1f 24.(3)由牛顿第二定律得平均阻力F ＝mg －ma ，所以应测量重物的质量m ，代入加速度得F ＝m [g －x 2－x 1f 24] 或由动能定理得：mg (x 0＋x 1)－F (x 0＋x 1)＝12mv 2C又因为v C ＝x 1＋x 24T，由以上两式得F ＝m [g －x 1＋x 22f 2x 0＋x 1]题型二 实验数据的处理【例2】在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m ＝1.00 kg 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点．如图5所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O 为第一个点(速度恰好为零)，每两个计数点之间还有四个点未画出，选连续的3个计数点A 、B 、C 作为测量的点，经测量知道A 、B 、C 各点到O 点的距离分别为50.50 cm 、86.00 cm 、130.50 cm .已知打点计时器每隔0.02 s 打一次点，当地的重力加速度g ＝9.80 m /s 2.根据以上数据，可计算出打B 点时的速度v B ＝______ m /s ；重物由O 点运动到B 点，重力势能减少了________ J，动能增加了________ J．根据所测量的数据，还可以求出物体实际下落的加速度为________ m/s2，物体在从A到B下落的过程中所受到的平均阻力为________ N(计算结果都要保留3位有效数字)，该阻力的来源主要有：(1)_____________________________________________________________________ ___________________________________________________________；(2)________________________________________________________________________________________________________________________________________________答案：4.008.438.009.000.800(1)重物受到的空气阻力(2)纸带与限位孔之间的摩擦力解析：由于每两个相邻计数点之间还有4个点没有画出，所以每两个相邻计数点之间的时间间隔为0.1 s，同时可求得AB＝86.00 cm－50.50 cm＝35.50 cm＝0.355 0 m，BC＝130.50 cm－86.00 cm＝44.50 cm＝0.445 0 m根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得v B＝v＝AC2T＝OC－OA2T＝－－22×0.1m/s＝4.00 m/s由O点运动到B点下落的距离为h＝86.00 cm＝0.86 m，重力势能减少了E p B＝mgh力的作用，所以阻力的来源是以上除重力之外的力．【当堂巩固】1．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会造成较大误差解析：选BD.从需要验证的关系式gh n ＝v 2n 2看，与质量无关，A 错误．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 正确．2．关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是( )A ．实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越小，误差就越小B ．称出重锤的质量，是不可缺少的步骤C ．纸带上第1、2两点间距若不接近2 mm ，无论怎样处理实验数据，实验误差一定较大D ．处理打完点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法解析：选D.A 选项中，没有考虑纸带过短，长度测量的相对误差增大，故A 错误；由12mv 2＝mgh 知，只需验证12v 2＝gh 即可，不必测重锤质量，故B 错；对C 项中的纸带，可选点迹清晰的距离合适的任两点(M 、N )，通过计算ΔE k ＝12mv 2N －12mv 2M 与mgh MN 比较，实验误差不一定大，故C 错；由于自由落体加速度较大，因此除去第1、2两点距离可能很小，其他相邻两点间的距离均大于或远大于2 mm ，用毫米刻度尺测量完全可以，不必采用“计数点”法，故D 正确．3．(2010·高考四川卷)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：选C.验证机械能守恒采用重锤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 ＝gT 2＝9.791×0.02 2≈3.9 (mm)，只有C 符合要求，故选C.4．(2010·高考安徽卷)利用图5－6－6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＝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：在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g，只能把它当做未知的定值，所以正确方案只有d项．答案：d5. (2010·高考课标全国卷)图5－6－7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．秒表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)打点计时器需要交流电源，测量高度h 和纸带上计数点之间的距离需要米尺．所以选A 、D.(2)此实验主要误差来源有两方面：①摩擦阻力；②测量误差．答案：(1)AD(2)纸带和打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差．6．(2012·佛山质检)(1)在“验证机械能守恒定律”实验中，打出的纸带如图5－6－8所示．设重锤质量为m 、交流电周期为T ，则打点4时重锤的动能可以表示为__________．(2)为了求起点0到点4重锤的重力势能变化量，需要知道重力加速度g 的值，这个g 值应该是__________(填选项的序号即可)．A ．取当地的实际g 值B ．根据打出的纸带，用Δs ＝gT 2求出C ．近似取10 m/s 2即可D ．以上说法均错误解析：(1)打点4的速度v 4＝h 5－h 32T ，因此动能E k ＝12mv 24＝12m ⎝⎛⎭⎫h 5－h 32T 2.(2)在“验证机械能守恒定律”实验中要求起点0到点4重锤的重力势能变化量，不能用机械能守恒来计算g 值，应取当地的实际g 值．答案：(1)18m ⎝⎛⎭⎫h 5－h 3T 2或12m ⎝⎛⎭⎫h 5－h 32T 2 (2)A 7．(2012·珠海模拟)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m ＝1.00 kg 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图5－6－9所示．O 为第一个点，A 、B 、C 为从合适位置开始选取连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02 s 打一个点，当地的重力加速度为g ＝9.80 m/s 2，那么：(1)根据图上所得的数据，应取图中O 点到__________点来验证机械能守恒定律；(2)从O 点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔE p ＝__________ J ，动能增加量ΔE k ＝__________J(结果取三位有效数字)；(3)若测出纸带上所有各点到O 点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v 及物体下落的高度h ，则以v 22为纵轴，以h 为横轴画出的图象是下图中的__________．解析：(1)由图中所给数据，只能计算出B 点的瞬时速度，故选OB 做研究．(2)v B ＝Δx AC Δt AC ＝23.23－15.552×0.02×10－2m/s ＝1.92 m/s ΔE k ＝12mv 2B ＝12×1.00×1.922 J ＝1.84 J ΔE p ＝mg OB ＝1.00×9.80×19.20×10－2J ＝1.88 J. (3)由mgh ＝12mv 2得：v 22∝h ，故A 对． 答案：(1)B (2)1.88 1.84 (3)A8．(2012·徐州调研)用如图5－6－11实验装置验证m 1、m 2组成的系统机械能守恒．m 2从高处由静止开始下落，m 1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图5－6－12给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示．已知m 1＝50 g 、m 2＝150 g ，则(g 取10 m/s 2，结果保留两位有效数字)(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A ．按照图5－6－11所示的装置安装器件；B ．将打点计时器接到直流电源上；C ．先释放m 2，再接通电源打出一条纸带；D ．测量纸带上某些点间的距离；E ．根据测量的结果，分别计算系统减少的重力势能和增加的动能其中操作不当的步骤是__________(填选项对应的字母)．(2)在纸带上打下计数点5时的速度v ＝__________m/s ；(3)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔE k ＝__________J ，系统势能的减少量ΔE p ＝____________J ，由此得出的结论是__________；(4)若某同学作出12v 2－h 图象如图5－6－13所示，写出计算当地重力加速度g 的表达式____________，并计算出当地的实际重力加速度g ＝ __________m/s 2.解析：(1)应将打点计时器接到交流电源上，B 错误；应先接通电源，再释放m 2，C 错误．(2)在纸带上打下计数点5时的速度v ＝21.60＋26.402×0.1×10－2m/s ＝2.4 m/s. (3)ΔE k ＝12(m 1＋m 2)v 2＝0.58 J ，系统势能的减少量ΔE p ＝(m 2－m 1)gh ＝0.60 J ，因此可得出在误差允许的范围内，m 1、m 2组成的系统机械能守恒．(4)因12(m 1＋m 2)v 2＝(m 2－m 1)gh 整理得：g ＝m 1＋m 22h m 2－m 1v 2，整理也可得到12v 2＝m 2－m 1g m 1＋m 2h ，所以12v 2－h 图象的斜率表示m 2－m 1g m 1＋m 2＝12g ，即g 2＝5.821.20 m/s 2，g ＝9.7 m/s 2. 答案：(1)BC (2)2.4 (3)0.58 0.60 在误差允许的范围内，m 1、m 2组成的系统机械能守恒 (4)g ＝m 1＋m 22h m 2－m 1v 2 9.7。
高考物理一轮复习文档：第五章实验六 验证机械能守恒定律解析含答案
实验六 验证机械能守恒定律板块一 主干梳理·夯实基础实验原理与操作◆ 实验目的 验证机械能守恒定律。
◆ 实验原理1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。
若物体某时刻瞬时速度为v ，下落高度为h ，则重力势能的减少量为mgh ，动能的增加量为12mv 2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。
2．速度的测量：做匀变速直线运动的纸带上某段位移中间时刻的瞬时速度等于这段位移之间的平均速度。
计算打第n 个点速度的方法：测出与第n 个点相邻前后点间的距离x n 和x n ＋1，由公式v n ＝x n ＋x n ＋12T 或v n ＝h n ＋1－h n －12T算出，如图所示。
◆ 实验器材铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)。
◆ 实验步骤1．安装置：如图所示将检查、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3～5次实验。
3．选纸带：分两种情况说明(1)用12mv 2n ＝mgh n 验证时，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离小于或接近2 mm 的纸带。
若第1、2两点间的距离大于2 mm ，这是由于先释放纸带后接通电源造成的。
这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。
(2)用12mv 2B －12mv 2A ＝mg Δh 验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否大于2 mm 就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用。
数据处理与误差分析◆ 数据处理 1．测量计算在起始点标上0，在以后各计数点依次标上1、2、3…，用刻度尺测出对应下落高度h 1、h 2、h 3…。
高考物理一轮复习专题5验证机械能守恒定律练含解析
专题25 验证机械能守恒定律（练）1．用如图所示实验装置，验证机械能守恒定律，重物P （含遮光片），Q 用跨过轻滑轮的细绳相连，现让P 从光电门1的上侧由静止释放，P 竖直向下运动，分别测出遮光片经过光电门1和光电门2的时间1t ∆和2t ∆，另测得遮光片的宽度为d ，两光电门之间的距离为h ，已知重力加速度为g（1）实验中还需要测量的物理量有_________________________（填写物理量名称以及表示符号）（2）写出验证机械能守恒定律的等式为______________________________（用以上测得的物理量符号表示）（3）本实验还可以测出重物Q 上升的加速度，其大小是_____________________________【答案】（1）重物P 的质量1m 和重物Q 的质量2m （2）221212211()()()()2d d m m gh m m t t ⎡⎤-=+-⎢⎥∆∆⎣⎦（3）22211()()2d d a h t t ⎡⎤=-⎢⎥∆∆⎣⎦ 221212211()()()()2d d m m gh m m t t ⎡⎤-=+-⎢⎥∆∆⎣⎦，所以还需要测量重物P 的质量1m 和重物Q 的质量2m ；Q 与P 的加速度是相等的，由运动学的公式：22212ah v v -＝ 所以：22211()()2d d a h t t ⎡⎤=-⎢⎥∆∆⎣⎦【名师点睛】此题为一验证性实验题．要求根据物理规律选择需要测定的物理量，运用实验方法判断系统重力势能的变化量是否与动能的变化量相同是解题的关键2．实验“用DIS 研究机械能守恒定律”的装置如下图a 所示，某组同学在一次实验中，选择DIS 以图像方式显示实验的结果，所显示的图像如下图b 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 ，图b 的图像中，表示小球的重力势能E P 、动能E K 和机械能E 随小球距D 点的高度h 变化关系的图线分别是A ．乙、丙、甲B ．乙、甲、丙C ．甲、乙、丙D ．丙、甲、乙【答案】A【名师点睛】本题比较新颖，要注意结合实验的原理进行分析，从而找出符合该实验的原理；根据小球在静止释放后，重力在做正功，重力势能E P 不断减少，动能E K 不断增加，而重力势能和动能的总量即机械能不变来选择图线。
2017高考物理力学实验专题06验证机械能守恒定律含解析
专题06 验证机械能守恒定律1．（6分）（2017辽宁铁岭协作体联考）在“验证机械能守恒定律”的实验中，小明同学利用传感器设计实验：如图甲所示，将质量为m 、直径为d 的金属小球在一定高度h 由静止释放，小球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间t ，改变小球下落高度h ，进行多次重复实验．此方案验证机械能守恒定律方便快捷．（1）用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径d = mm ；（2）为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作下列哪一个图象A ．t h -图象B ．t h 1-图象C ．2t h -图象D ．21t h -图象 （3）经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量221mv 总是稍小于重力势能减少量mgh ，你认为增加释放高度h 后，两者的差值会 （填“增大”、“缩小”或“不变”）．【参考答案】(6分)（1）17.804~17.806mm（2）D （3） 增大2．(2017云贵川百校大联考)图示为用落体法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、带铁夹的重物、天平、米尺和低压交流电源．（1）若打点计时器所接交流电源的频率为50Hz，则打点计时器每隔s打一个点．（2）本实验误差产生的原因主要有（写出一个原因即可）．【参考答案】：①AD；②纸带和重物受到的摩擦力阻力和空气阻力的作用．3.（6分）（2017石家庄二中模拟）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，左端由跨过光滑理想定滑轮的轻质细绳与一质量为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作滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动．（1）用游标卡尺测出遮光片的宽度b，结果如图乙所示，由此读出b= mm. （2）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△E k，系统的重力势能减少量可表示为△E p。
江苏省2017高考物理大一轮复习配套课件实验五-验证机械能守恒定律 (共64张PPT)
(3) 实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待
接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带． (4) 测下落高度时，要从第一个点测起，并且各点对应的下 落高度要一次测量完．
高考总复习 一轮复习导学案 · 物理
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第六章 机械能守恒定律
1 2 (5) 如果不测出物体质量时，只需验证 vn＝ghn 也可以验证 2 机械能守恒定律． (6) 速度不能用 vn＝gtn 或 vn＝ 2ghn计算， 因为只要认为加 速度为 g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机 械能守恒定律，况且用 vn＝gtn 计算出的速度比实际值大，会得 出机械能增加的结论， 而因为摩擦阻力的影响， 机械能应该减小， 所以速度应从纸带上直接测量计算． 同样的道理， 重物下落的高
丙
高考总复习 一轮复习导学案 · 物理
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第六章 机械能守恒定律
(3) 关于上述实验，下列说法中正确的是________ ． BD
A. 实验中可用干电池作为电源 B. 为了减小阻力的影响，重锤的密度和质量应该适当大些 C. 若纸带上打出的点被拉长为短线，应适当调高电源电压 D. 图丙Ekh图线纵轴上的截距表示重锤经过参考平面时的 动能 (4) 关于该实验操作，你还能提出哪些注意事项 ( 写出 1 重锤从靠近打点计时器处释放或调节打点计时器限位 条 ) ： __________________________________________________ 孔在同一竖直线上 ________________________.
考 点 突 破
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第六章 机械能守恒定律
2017届高三物理一轮复习实验六验证机械能守恒定律
_第__6_点__的__瞬__时__速__度__v_6 ____，验证的表达式为_______________________.
答案
考点一 实验原理与实验操作
123
ADBCEF
答案
考点一 实验原理与实验操作
123
2.在一次实验验证课上，某同学利用自由落体运动来验证机械能守恒定律，该同学开
50.00
解析答案
考点二 数据处理及误差分析
45
O点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零
解析答案
考点二 数据处理及误差分析
45
(2)同学乙利用同学甲的纸带测量出：OB＝15.55 cm，OC＝19.20 cm，OD＝23.23 cm. 根据测量数据计算重物和纸带下落的加速度a＝___9_.5____m/s2，进一步计算重物和纸 带下落过程中所受的阻力Ff＝__0_._0_9___N.
解析答案
考点一 实验原理与实验操作
123
(2)实验中得到了一条纸带如图乙所示，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点(标号
0～6)，测出0到1、2、3、4、5、6点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6，打点周期 为T.则打点2时小车的速度v2＝_d_32－_T_d_1_或__4d_T4__；若测得小车质量为M、钩码质量为m，打
45
(3)若重物和夹子的总质量为0.6 kg，那么在从A到B运动过程中，动能的增加量为 ___2_.7_8___J，重力势能的减少量为___2_.9_4___J.
项目 x1/cm A点瞬时速度/(m·s－1) x2/cm B点瞬时速度/(m·s－1)
数据 3.92
0.98
12.80
3.20
A、B两点间距离 /cm
江苏省2017高考物理大一轮复习配套检测：第六章第3讲机械能守恒定律含答案
第3讲机械能守恒定律一、单项选择题1.(2016·常州中学)如图所示是“过山车”玩具模型.当小球以速度v经过圆形轨道最高点时,小球与轨道间的作用力为F,多次改变小球初始下落的高度h,就能得出F与v的函数关系,下列关于F与v之间的关系中有可能正确的是()A BC D2.如图所示,可视为质点的小球A、B用不可伸长的细软轻线连接,跨过固定在地面上半径为R的光滑圆柱,A的质量为B的两倍.当B位于地面时,A 恰与圆柱轴心等高.将A由静止释放,B上升的最大高度是()A. 2RB.C.D.3.(2015·天津卷)如图所示,固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环.圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接,弹簧的另一端连接在墙上,且处于原长状态.现让圆环由静止开始下滑,已知弹簧原长为L,圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L(未超过弹性限度),则在圆环下滑到最大距离的过程中()A.圆环的机械能守恒B.弹簧弹性势能变化了mgLC.圆环下滑到最大距离时,所受合力为零D.圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变4.(2015·南京、盐城一模改编)如图所示,内壁光滑的圆形轨道固定在竖直平面内,轻杆两端固定有甲、乙两小球,甲球质量小于乙球质量.将两球放入轨道内,乙球位于最低点,由静止释放轻杆后,则甲球()A. 能下滑到轨道的最低点B. 下滑过程中杆对其做正功C. 滑回时一定能返回到初始位置D. 滑回过程中增加的重力势能等于乙球减少的重力势能5.(2017·南师附中)如图所示,圆心在O点、半径为R的光滑圆弧轨道ABC 竖直固定在水平桌面上,OC与OA的夹角为60°,轨道最低点A与桌面相切.一足够长的轻绳两端分别系着质量为m1和m2的两个小球(均可视为质点),挂在圆弧轨道光滑边缘C的两边,开始时m1位于C点,然后从静止释放,则()A. 在m1由C点下滑到A点的过程中两球速度大小始终相等B. 在m1由C点下滑到A点的过程中重力对m1做功的功率一直增大C. 若m1恰好能沿圆弧下滑到A点,则m1=2m2D. 若m1恰好能沿圆弧下滑到A点,则m1=3m2二、多项选择题6.(2015·汕头一模)如图,直立弹射装置的轻质弹簧顶端原来在O点,O与管口P的距离为2x0.现将一个重力为mg的钢珠置于弹簧顶端,再把弹簧压缩至M点,压缩量为x0.释放弹簧后钢珠被弹出,钢珠运动到P点时的动能为4mgx0,不计一切阻力.下列说法中正确的是()A.弹射过程,弹簧和钢珠组成的系统机械能守恒B.弹簧恢复原长时,弹簧的弹性势能全部转化为钢珠的动能C.钢珠弹射所到达的最高点距管口P的距离为7x0D.弹簧被压缩至M点时的弹性势能为7mgx07.(2016·南通、泰州、扬州、淮安二模)如图所示,小物块以初速度v0从O点沿斜面向上运动,同时从O点斜向上抛出一个速度大小也为v0的小球,物块和小球在斜面上的P点相遇.已知物块和小球质量相等,空气阻力忽略不计,则()A. 斜面可能是光滑的B. 在P点时,小球的动能大于物块的动能C. 小球运动到最高点时离斜面最远D. 小球和物块到达P点过程中克服重力做功的平均功率相等8.(2016·新课标Ⅱ卷)如图所示,小球套在光滑的竖直杆上,轻弹簧一端固定于O点,另一端与小球相连.现将小球从M点由静止释放,它在下降的过程中经过了N点.已知在M、N两点处,弹簧对小球的弹力大小相等,且∠ONM<∠OMN<.在小球从M点运动到N点的过程中()A. 弹力对小球先做正功后做负功B. 有两个时刻小球的加速度等于重力加速度C. 弹簧长度最短时,弹力对小球做功的功率为零D. 小球到达N点时的动能等于其在M、N两点的重力势能差9.(2015·宿迁三校联考)物块A和B用绕过定滑轮的轻绳相连,A的质量为m,B的质量为2m.A穿在光滑竖直固定的长直杆上,滑轮与杆间的距离为l.将A移到与滑轮等高处由静止释放,不考虑绳与滑轮间的摩擦,则下列说法中正确的是()A.A在下降过程中加速度先变大后变小B.A刚释放时它的加速度大小等于重力加速度gC.当A在下降过程中速度达到最大时,A与B速度大小之比为2∶1D.当A的机械能最小时,B的重力势能最大三、非选择题10.(2016·泰州一模)如图所示,一压缩的轻弹簧左端固定,右端与一滑块相接触但不连接,滑块质量为m,与水平地面AB间的动摩擦因数为0.1,A 点左侧地面光滑,AB的长度为5R.现将滑块由静止释放,滑块运动到A点时弹簧恢复原长,以后继续向B点滑行,并滑上半径为R的光滑圆弧BC,在C点正上方有一离C点高度也为R的旋转平台,沿平台直径方向开有两个离轴心距离相等的小孔P、Q,旋转时两孔均能达到C点的正上方.若滑块滑过C点后从P孔上升又恰能从Q孔落下,已知物体通过B点时对地面的压力为9mg.求:(1)滑块通过B点时的速度v B.(2)弹簧释放的弹性势能E p.(3)平台转动的角速度ω应满足的条件.11.(2016·苏北四市三模)光滑管状轨道ABC由直轨道AB和圆弧形轨道BC组成,二者在B处相切并平滑连接,O为圆心,O、A在同一条水平线上,OC 竖直.一直径略小于圆管直径的质量为m的小球,用细线穿过管道与质量为M的物块连接,将小球由A点静止释放,当小球运动到B处时细线断裂,小球继续运动.已知弧形轨道的半径为R=m,所对应的圆心角为53°,取g=10 m/s2,sin53°=0.8.(1)若M=5m,求小球在直轨道部分运动时的加速度大小.(2)若M=5m,求小球从C点抛出后下落高度h= m时到C点的水平位移.(3)M、m满足什么关系时,小球能够运动到C点?第3讲机械能守恒定律1.C【解析】: 小球运动过程中,只有重力做功,机械能守恒,故mgh=mg·2R+mv2(①),在轨道最高点,重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有F+mg=m(②),联立①②解得F=m-mg(③),根据③式,F-v关系图象是开口向上的抛物线,C项正确.2. C【解析】: 设A、B的质量分别为2m、m,当B落到地面上时,A恰好运动到与圆柱轴心等高处,以A、B整体为研究对象,则A、B组成的系统机械能守恒,故有2mgR-mgR=(2m+m)v2,A落到地面上以后,B仍以速度v 竖直上抛,上升的高度为h=,解得h=R,故B上升的总高度为R+h=R,选项C 正确.3. B【解析】: 圆环在下滑过程中,弹簧对其做负功,故圆环机械能减小,选项A错误;圆环下滑到最大距离时,由几何关系可知,圆环下滑的距离为L,圆环的速度为零,由能量守恒定律可知,弹簧的弹性势能增加量等于圆环重力势能的减小量,为mgL,故选项B正确;圆环下滑过程中,所受合力为零时,加速度为零,速度最大,而下滑至最大距离时,物体速度为零,加速度不为零,所以选项C错误;在下滑过程中,圆环的机械能与弹簧弹性势能之和保持不变,即系统机械能守恒,所以选项D错误.4. C【解析】: 若甲球能下滑至最低点,不满足甲、乙系统机械能守恒,A 项错误;甲、乙必然都经历先加速再减速的过程,在乙加速阶段说明轻杆对乙是支持力,则根据牛顿第三定律得出轻杆对甲也是支持力,轻杆对甲做负功,在甲减速阶段,轻杆对甲肯定是支持力,根据动能定理,支持力做的功肯定大于甲的重力做的功,B项错误;根据机械能守恒得出C项正确;滑动过程中系统的重力势能和动能相互转化,仅仅重力势能是不守恒的,D项错误.5. C【解析】: m1由C点从静止下滑到A点的过程中,m1、m2和地球组成的系统机械能守恒,m1速度沿轻绳方向的分速度和m2速度相等,A项错误;在m1由C点下滑到A点的过程中,在C点,重力的功率为零,在A点,重力与速度方向垂直,其功率仍为零,因此重力做功的功率先增大后减小,B 项错误;若m1恰好能沿圆弧下滑到A点,根据机械能守恒定律得m1gR(1-cos 60°)=m2gR,解得m1=2m2,C项正确,D项错误.6.AD【解析】: 由机械能守恒定律的条件可知弹射过程只有重力和弹簧弹力做功,所以弹簧和钢珠组成的系统机械能守恒,故A正确;弹簧恢复原长时,弹簧的弹性势能全部转化为钢珠的动能和钢珠的重力势能,故B 错误;由机械能守恒有mgh=E k=4mgx0,解得h=4x0,故C错误;由弹簧和钢珠组成的系统机械能守恒可知E p=7mgx0,故D正确.7.BD【解析】: 设斜面的倾角为α,O点到P点的距离为L,小物块沿斜面向上的加速度为a,则有L=v0t-at2,设小球的初速度与斜面的夹角为β,将小球的运动沿斜面和垂直斜面的方向进行正交分解,有L=v0cosβt-g sinαt2,两式对比有a>g sinα,则斜面粗糙,A项错误;小球运动过程中机械能守恒,小物块沿斜面向上运动过程中减少的机械能转化为内能,所以在P点时,小球的动能大于小物块的动能,B项正确;小球运动到速度方向与斜面平行时离斜面最远,C项错误;小球和小物块质量相等,运动到P点的过程中,上升的高度相同,时间相同,根据公式=,则克服重力做功的平均功率相等,D 项正确.8. BCD【解析】: 小球在M点时弹簧处于压缩状态,在N点时弹簧处于伸长状态,则在由M到N过程中有一点弹簧处于原长状态,设该点为B点,另设小球在A点时对应的弹簧最短,如图所示.从M点到A点,弹簧压缩量变大,弹力做负功,从A点到B点弹簧从压缩逐渐恢复至原长,弹力做正功,从B点到N点弹簧从原长逐渐伸长,弹力做负功,选项A错误.小球在A点时,水平方向上弹簧的弹力与杆的弹力相平衡,小球受到的合外力F合=mg,故加速度a=g.小球在B点时,弹簧处于原长,杆对小球没有作用力,小球受到的合外力F合=mg,故加速度a=g,B项正确.在A点时,弹簧的弹力F弹垂直于杆,小球的速度沿杆向下,则P弹=F弹v cos α=0,C项正确.从M点到N点,小球与弹簧所组成的系统机械能守恒,则E k增=E p减,即E k N-0=E p重M-E p重N+E p弹-E p弹N,由于在M、N两点弹簧弹力大小相同,由胡克定律可知,弹簧形变量M相同,则弹性势能E p弹N=E p弹M,故E k N=E p重M-E p重N,D项正确.9.BCD【解析】: 选项A,对A分析,设绳子与竖直方向上的夹角为θ,根据牛顿第二定律得a=,拉力在竖直方向上的分力逐渐增大,先小于A的重力然后大于A的重力,所以加速度先减小后增大.故A错误;选项B,当A刚释放的瞬间,绳子的拉力方向与杆子垂直,A所受的合力等于mg,则加速度为g,故B正确;选项C,当绳子在竖直方向上的分力等于A的重力时,速度最大,此时T=2mg,有T cos θ=mg,解得cos θ=,θ=60°,将A的速度分解为沿绳子方向和垂直绳子方向,根据平行四边形定则得v A cos 60°=v B,则v A∶v B=2∶1,故C正确;选项D,因为除重力以外其他力做的功等于机械能的增量,在A运动到最低点的过程中,拉力一直做负功,则A的机械能一直减小,可知A运动到最低点时,机械能最小,此时B上升到最高,所以B的重力势能最大,故D正确.10.(1)滑块通过B点时做圆周运动有F N-mg=m,9mg-mg=m,解得v B=2.(2)滑块由静止释放到B点,利用动能定理W-μmgx=m-0,W=E p,x=5R,所以E p=μmg·5R+m,E p=mgR.(3)滑块从B点开始运动后机械能守恒,设滑块到达P处时速度为v P,则m=m+mg·2R,解得v P=2.滑块穿过P孔后再回到平台的时间t==4,要想实现题述过程,需满足ωt=(2n+1)π,ω=(n=0、1、2、…).11.(1)设细线中张力为F,对小球:F-mg sin 53°=ma,对物块:Mg-F=Ma,联立解得a=7 m/s2.(2)在Rt△OAB中x AB=,11由v2=2ax AB,解得v=2 m/s.从B到C,根据机械能守恒,有mv2=m+mgR(1-cos 53°),小球离开C后做平抛运动,x=v C t,h=gt2,解得x= m.(3)小球A→B:M、m系统机械能守恒(M+m)v2=Mgx AB-mgx AB sin 53°,线断后,小球B→C,v C=0,0-mv2=-mgR(1-cos 53°),联立解得M≥m.。
江苏专用版高考物理大一轮复习第五章机械能及其守恒定律实验五验证机械能守恒定律检测.doc
实验五验证机械能守恒定律1．(2019·泰州摸底)某同学安装如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．(1)此实验中，应当是让重物做__________运动，________(填“需要”或“不需要”)测出重物的质量．(2)打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，该同学选取如图乙所示的一段纸带，对BD段进行研究．求得B点对应的速度v B＝________m/s(保留两位有效数字)，若再求得D点对应的速度为v D，测出重物下落的高度为h BD，则还应计算________与______大小是否相等(填字母表达式)．(3)但该同学在上述实验过程中存在明显的问题．安装实验装置时存在的问题是______________________________________________________________ __________；研究纸带时存在的问题是___________________________________________________，实验误差可能较大．解析：(1)由实验原理知，应让重物在松开手后做自由落体运动；根据机械能守恒，mgΔh＝m(v－v)，整理后，得gΔh＝(v－v)，所以不需要测量质量．(2)B点速度等于AC段的平均速度，v B＝≈0.19 m/s；根据实验原理知，还应计算(v－v)与gh BD，看两者大小是否相等．(3)重物距离桌面太近，会落到桌面上；B、D时间间隔太短，实验误差较大．答案：(1)自由落体不需要(2)0.19(v－v)gh BD(3)重物会落在桌面上(或“纸带打点过短”等与此类似的答案)B、D两点时间间隔过短2．(2019·镇江模拟)如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示．(1)实验时，该同学进行了如下操作：①将质量均为M(A的含挡光片，B的含挂钩)的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出____________(填“A的上表面”“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h.②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统(重物A、B以及物块C)中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt.③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律．(2)如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为______________(已知重力加速度为g)．(3)引起该实验系统误差的原因有________________________(写一条即可)．(4)验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a随m增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：①写出a与m之间的关系式：________________(还要用到M和g)．②a的值会趋于____________．解析：(1)①实验时，测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h.(2)重物A经过光电门时的速度为v＝；则如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为mgh＝(2M＋m).(3)引起该实验系统误差的原因：绳子有一定的质量，滑轮与绳子之间有摩擦，重物运动受到空气阻力等．(4)①根据牛顿第二定律可知mg＝(m＋2M)a，解得：a＝＝.②当m增大时，式子的分母趋近于1，则a的值会趋于重力加速度g.答案：(1)①挡光片中心(2)mgh＝(2M＋m)(3)绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等(4)①a＝②重力加速度g3．(2016·高考全国卷Ⅰ)某同学用图(a)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20 Hz、30 Hz和40 Hz.打出纸带的一部分如图(b)所示．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题给条件进行推算．(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图(b)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s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；当地重力加速度大小为9.80 m/s2，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)利用做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得打点计时器打出B点时重物下落的速度v B＝＝；打出C 点时重物下落的速度v C＝＝.根据加速度的定义，重物下落的加速度大小为a＝＝(v C－v B)f＝.(2)根据题述，重物下落受到的阻力为0.01mg，由牛顿第二定律得，mg－0.01mg＝ma，解得a＝0.99g.由＝0.99g，解得f＝40 Hz.答案：(1)(2)404．(2019·连云港质检)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示．O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g＝9.80 m/s2，那么：(1)根据图上所得的数据，应取图中O点到________点来验证机械能守恒定律．(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔE p＝________J，动能增加量ΔE k＝________J；请简述两者不完全相等的原因________________________________________．(结果取三位有效数字)(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v 及物体下落的高度h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图象是图中的________．解析：(1)根据题图上所得的数据，应取图中O点和B点来验证机械能守恒定律，因为B点的瞬时速度比较方便计算．(2)减少的重力势能ΔE p＝mgh＝1×9.8×19.2×10－2 J＝1.88 J，利用匀变速直线运动的推论v B＝＝m/s＝1.92 m/sE k B＝mv＝1.84 JΔE k＝E k B－0＝1.84 J动能的增加量小于重力势能的减少量的原因主要是重物下落时受到空气阻力和打点针与纸带间的阻力作用，一部分重力势能转化为内能．(3)根据mgh＝mv2，得＝gh，即与h成正比，故A正确．答案：(1)B(2)1.88 1.84重物下落时受到空气阻力和纸带与打点计时器间的阻力作用(3)A。
2017版高考物理一轮复习 第五章 机械能 实验六 验证机械能守恒定律
电源上 H．接通电源，释放纸带 I．把打点计时器接到低压直流电源上 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________，没必要的是________，其 余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是__________________。 (均只需填步骤的代号)
K12课件
19
解析：对于物理实验，掌握实验原理和操作方法是最基本的要 求。只有掌握了实验原理，才能判断出实验步骤中哪些是错误的， 哪些是必要的；只有亲自动手进行认真的操作，才能正确地对实验 步骤按序排列。
上述实验步骤中错误的是 E 和 I，因为实验中不需要测定时间， 打点计时器应使用低压交流电源。可有可无的实验步骤是 A。其余 正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是：JGBHDCF。
K12课件
16
解析：选 D 利用 g 求 v 和 h，相当于利用机械能守恒验证机 械能守恒，A、B、C 错误，D 正确。
K12课件
17
2．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．用秒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
K12课件
23
1．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为 m＝1.00 kg 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的 点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示。O 为第一个点，A、 B、C 为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器 每隔 0.02 s 打一个点，当地的重力加速度为 g＝9.80 m/s2，那么：
K12课件
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实验五:验证机械能守恒定律
1.(2017·泰州摸底调研)某活动小组利用图甲装置“验证机械能守恒定律”.钢球自由下落过程中,先后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为t A、t B.用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度.测出两光电门间的距离为h,钢球直径为D,当地重力加速度为g.
甲
乙
(1)用20分度的游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为D=cm.
(2)要验证机械能守恒,只要比较.
A. D2与gh是否相等
B. D2与2gh是否相等
C. D2与gh是否相等
D. D2与2gh是否相等
(3)钢球通过光电门的平均速度(填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差(填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小.
2.(2015·连云港三模)如图所示,气垫导轨上滑块的质量为M,钩码的质量为m,遮光条宽度为d,两光电门间的距离为L,气源开通后滑块在牵引力的作用下先后通过两个光电门的时间为Δt1和Δt2.当地的重力加速度为g.
(1)用上述装置测量滑块加速度的表达式为(用已知量表示).
(2)用上述装置探究滑块加速度a与质量M及拉力F的关系,要使绳中拉力近似等于钩码的重力,则m与M之间的关系应满足.
(3)用上述装置探究系统在运动中的机械能关系,滑块从光电门1运动到光电门2的过程中满足关系式(用已知量表示)时,系统机械能守恒.若测量过程中发现系统动能增量总是大于钩码重力势能的减少量,可能的原因是.
3.(2016·淮安5月模拟)用落体法“验证机械能守恒定律”,器材安装如图甲.
(1)请指出图甲中的错误及不妥之处.(至少写出两处)
①.
②.
(2)改进实验中错误及不妥之处后,打出如图乙所示一条纸带.已知打点计时器频率为50 Hz,根据纸带所给数据,打C点时重物的速度为m/s.(结果保留两位有效数字)
甲
乙
丙
(3)某同学选用两个形状相同质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据,画出的图象如图丙所示,求出图线的斜率k,由图象可知a的质量m1(填“大于”或“小于”)b的质量m2.
(4)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验过程中存在各种阻力,已知实验所用重物的质量m2=0.052 kg,当地重力加速度g=9.78 m/s2,求出重物所受的平均阻力f=N.(结果保留两位有效数字)
4.(2016·南通、扬州、泰州三模)
(1)如图甲所示,螺旋测微器的读数为cm.
甲
乙
(2)某实验小组用如图乙所示的装置“验证机械能守恒定律”.
①实验中得到的一条纸带如图丙所示,第一个打点标记为O,选择点迹清晰且便于测量的连续6个点,标为1、2、…、6,测出各点到O点的距离分别为d1、d2、…、d6.已知打点频率为f,则打点2时小车的速度为;若钩码质量为m,已知当地重力加速度为g,则验证点2与点5间重锤的机械能守恒的关系式可表示为.
丙
②已知打点频率f=50 Hz,如果发现纸带上第一个和第二个打点间的距离大约是5 mm,出现这种情况可能的原因是.
A. 重锤的质量过大
B. 电源电压偏大
C. 打点计时器没有竖直固定
D. 先释放纸带后接通打点计时器
5.(2016·苏州一模)用如图甲所示的实验装置验证m1、m2及地球组成的系统机械能守恒.m2从高处由静止开始下落,m1下面拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.图乙给出的是实验中获取的一条纸带:0是刚开始运动时打下的点,每相邻两计数点间还有4个计时点(图中未标出).已知m1=50 g、m2=150 g,取g=9.8 m/s2,则:(结果保留两位有效数字)
甲
乙
(1)在纸带上打下计数点5时的速度v=m/s.
(2)从0点到第5个计数点的过程中系统功能的增量ΔE k=J,系统势能的减少量ΔE p= J.
(3)通过(2)中的数据你得出的实验结论是.
6.(2016·海安、南外、金陵三校联考)某实验小组利用如图甲所示气垫导轨装置“验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒”.
甲
乙
(1)如图乙所示,使用游标卡尺测量遮光条宽度,读数为cm.
(2)实验前需要调节气垫导轨,操作过程是:
①(填“挂上”或“卸掉”)钩码,(填“接通”或“关闭”)气源.
②调节导轨底座旋钮,使得滑块运动时通过两光电门遮光条遮光时间Δt1Δt2(填“>”或“=”或“<”).
(3)已知钩码质量m,滑块质量M,遮光条宽度d,数字计时器1和2的读数为Δt1、Δt2,两光电门之间的距离为L,若在实验误差允许范围内满足等量关系,则系统机械能守恒.
(4)关于上述实验,下列说法中正确的是.
A. 两光电门之间的距离要小一些
B. 钩码的质量应远小于滑块的质量
C. 滑轮应选用轻质的
7.(2015·淮安5月模考)某同学利用图示装置来研究机械能守恒问题,设计了如下实验.A、B 是质量均为m的小物块,C是质量为M的重物,A、B间由轻弹簧相连,A、C间由轻绳相连.在物块B下放置一压力传感器,重物C下放置一速度传感器,压力传感器与速度传感器相连.当压力传感器示数为零时,就触发速度传感器测定此时重物C的速度.整个实验中弹簧均处于弹性限度内,重力加速度为g.实验操作如下:
(1)开始时,系统在外力作用下保持静止,细绳拉直但张力为零.现释放C,使其向下运动,当压力传感器示数为零时,触发速度传感器测出C的速度为v.
(2)在实验中保持A,B质量不变,改变C的质量M,多次重复第(1)步.
①该实验中,M和m大小关系必需满足M(填“小于”“等于”或“大于”)m.
②为便于研究速度v与质量M的关系,每次测重物的速度时,其已下降的高度应(填“相同”或“不同”).
③根据所测数据,为得到线性关系图线,应作出(填“v2-M”“v2-”或“v2-”)图线.
④根据③问的图线知,图线在纵轴上截距为b,则弹簧的劲度系数为(用题给的已知量表示).
实验五:验证机械能守恒定律
1.(1) 1.020(2) D(3)<不能
2.(1)a=
(2)M≫m
(3)mgL=(M+m)(-)
导轨不平,右端高
【解析】(1)根据运动学公式-=2aL,有-=2aL,得出a=(-).(2)设绳中拉力为F,则分别对滑块和
钩码列方程mg-F=ma,F=Ma,得F=M·=mg,所以当m≪M时,F≈mg.(3)对系统分析,钩码重力势能的减少量等于钩码和滑块动能的增加量,即mgL=(M+m);若发现系统动能增量总是大于钩码
重力势能的减少量,说明导轨不平,滑块的重力势能也是减少,才会出现这种情况.
3.(1)①使用的是直流电源②重物离打点计时器太远③没有从上方提着纸带(2) 2.2(3)大于(4) 0.031
4.(1) 1.0217(1.0216~1.0219均正确)
(2)①f mg(d5-d2)=m(d6-d4)2f2-m(d3-d1)2f2② D
【解析】(1)螺旋测微器的读数等于毫米整数加毫米小数,毫米整数为10mm,毫米小数为0.217mm,所以读数为10.217mm,即1.0217cm.
(2)①打点2时小车的速度等于点1到点3的距离除以点1到点3的时间,v2=,而T=,所以v2=f;点2到点5之间重力势能转化为动能,则有mgh25=m-m,所以验证的关系式为mg(d5-d2)=m(d6-d4)2f2-m(d3-d1)2f2.②若为自由落体运动,且第一个点为初速度为零的点,则有h=gt2,其中t=0.02s,所以一、二两点间的距离h=0.00196m=1.96mm,现在第一个和第二个打点间的距离超过1.96mm,那说明第一个点不是初速度为零的点,A、B、C选项错误,D项正确. 5.(1) 2.4(2) 0.580.59
(3)在实验允许误差范围内,该系统运动中机械能守恒
【解析】(1)打5号点时速度为v5= m/s=2.4m/s.(2)从0点到5号点的过程中系统增加的动能为(m1+m2)=0.576J≈0.58J.系统势能的减少量为m2gh05-m1gh05=0.588J≈0.59J.(3)在实验误差允许的范围内,系统的机械能守恒.
6.(1) 0.630(2)①卸掉接通②=(3)mgL=Md2(4) B
7.①大于②相同③v2-④
【解析】①实验过程中需要C物体下滑,故需要满足M>m.
②实验中需要控制重力做功一定,才能研究研究速度v与质量M的关系,故需要保证下降高度一定.
③因为开始弹簧被压缩后的弹力为mg,最后弹簧被拉伸的弹力为mg,所以弹性势能始、末状态相同,故有(M+m)v2=(M-m)g(2Δx),解得v2=-8mgΔx+4gΔx,故为得到线性关系图线,应作出v2-图线.
④当=0时,有b=4gΔx,联立mg=kΔx可得k=.。