高三物理机械能守恒和动能定理实验

7.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，结果保留3位有效数字)
t2 t3 t4 t5 时刻 4.99 4.48 3.98 速度(m/s) (1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝ 3.48 ________m/s ； 1.24 , (2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝_______J 1.28 ； 动能减少量ΔEk＝________J (3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等， 即可验证了机械能守恒定律．由上述计算得 < ΔEp________ Ek(选填“＞”“＜”或“＝”)，造 存在空气阻力 转 解析 成这种结果的主要原因是_______________.

(2)此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功等于物体 动能的增量”，且误差很大，显然，在实验探究过程中忽视了各 种产生误差的因素．请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助 分析一下，造成较大误差的主要原因有(至少写出两条原因)： ①小车质量没有远大于钩码质量 __________________________________ ②没有平衡摩擦力 ③操作错误：先放小车后开电源 ___________________________________________________.

2.某学习小组利用如图所示的 装置验证动能定理。

(1)将气垫导轨调至水平，安装 好实验器材，从图中读出两光 电门中心之间的距离x＝________ 50.00 cm； (2)测量挡光条的宽度 d ，记录挡光条通过光电门 1 和2 所用的时间 Δt1和 Δt2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力 F,为了完成实验,还需要直 滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M ； 接测量的一个物理量是___________________________________ (3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和 否 拉力传感器的总质量？________( 填“是”或“否”)。
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3.2016•河南三门峡模拟)某学习小组 在“探究功与速度变化关系”的实 验中采用了如图所示的实验装置。 (1)将气垫导轨接通气泵，通过调平 螺丝调整气垫导轨使之水平，检查 将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动 。 是否调平的方法是_________________________________________ 0.550 cm。实验时， (2)如图所示，游标卡尺测得遮光条的宽度Δd＝________ 将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以 保证每次拉伸的距离恒定。现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条 后，经过光电门的时间为Δt，则滑块最后匀速运动的速度表达式为 ________( Δd/ Δt 用字母表示)。 (3) 逐根增加橡皮条 , 记录每次遮光条 经过光电门的时间 , 并计算出对应的 速度。则画出的W－v2图象应是: 过坐标原点的一条倾斜直线 。 ____________________________

(2)不挂钩码和细线，接通气源，滑块从轨道右端向左运动的过 程中，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间。 实施下列措施能够让导轨水平的是________。 A.调节P使轨道左端升高一些 B.调节Q使轨道右端降低一些 C.遮光条的宽度应适当大一些 D.滑块的质量增大一些 E.气源的供气量增大一些 (3)实验时，测出光电门1、2间的距离L，遮光条的宽度d，滑 块和遮光条的总质量M，钩码质量m。由数字计时器读出遮光 条通过光电门1、2的时间t1、t2，则系统机械能守恒成立的表达 式是: 1 d2 1 d2 mgL＝ (m＋M)( ) － (m＋M)( ) 2 t1 2 t2 __________________________________________________ 。

8.某同学利用如图所示的气垫导轨装置验证系统机械能守恒定 律。在气垫导轨上安装了两光电门1、2，滑块上固定一遮光条， 滑块用细线绕过轻质定滑轮与钩码相连。 (1)实验时要调整气垫导轨水平。不挂钩码和细线,接通气源,如 果滑块______________________________________________ 能在气垫导轨上静止或做匀速运动或滑 块经两个光电门的时间相等 ____________________________________________________ ， 则表示气垫导轨调整至水平状态。
机械能守恒和动能定理实验

1.某同学为探究 “恒力做功与物体动能改变的 关系”，设计了如下实验，他 的操作步骤是： a．连接好实验装置如图所示． b．将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车． c．在质量为10 g、30 g、50 g的三种钩码中，他挑选了一个质量 为50 g的钩码挂在拉线的挂钩P上． ④释放小车，打开打点计时器的电源，打出一条纸带． (1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条．经测量、 计算，得到如下数据： ①第一个点到第N个点的距离为40.0 cm. ②打下第N点时小车的速度大小为1.00 m/s.该同学将钩码的重力 0.196 J，小车动 当作小车所受的拉力，拉力对小车做的功为________ 0.100 J. 能的增量为________

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 mgs 重力加速度为g)． ΔEp＝________( Ek2-Ek1 ，则可认为验证了机械能守恒定律． (3)如果ΔEp＝__________
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考点一 实验原理及数据处理
5.(2016· 浙江温州十校联合体联考)某同学安装如图甲所 示的实验装置，验证机械能守恒定律。如图乙所示是该 实验得到的一条点迹清晰的纸带，现要取A、B两点来验 证实验，已知电火花计时器每隔0.02 s打一个点。 请回答下列问题： 220 (1)电火花计时器的工作电压是________V 。 如何判断纸带 左 (2)根据纸带可以判断，实验时纸带的________( 填 的上下端？ “左”或“右”)端和重物相连接。 1.20 (3)若x2＝4.80 cm，则在纸带上打下计数点B时的速度vB＝________m/s (计算结果保留三位有效数字)。 (4)若x1数据也已测出，则实验还需测出的 怎样求解纸带上某计 数点的速度？ A、B之间的距离或h
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(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
l/Δt1 和 ①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________

l/Δt2 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
 l  2 1 (M＋m)Δt  盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝______________________ 和Ek2＝ 2  1  l  2 1 (M＋m)Δt  _____________________. 2  2

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6.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. 注意对实验 装置的熟悉 及实验操作 的掌握.

(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； 点击 ②用游标卡尺测量挡光条的宽度l＝9.30 mm； 60.00 cm；放/缩 ③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝______ 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.

点击 放/缩

解析

AC (2)vB＝ ＝1.37 m/s； 2T

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(3)该小组内同学们根据纸带算出了相 应点的速度，作出v2/2--h图线如图所 示，请根据图线计算出当地的重力加 2(结果保留两位 9.7 速度g＝________m/s 有效数字)．
1 2 (3)因为 mgh＝ mv ，所以 v2＝2gh，图 2 线的斜率是 2g，可得 g＝9.7 m/s2 或 g＝ 9.8 m/s2. 答案 (3)9.7 或 9.8

物理量为__________________________ 。 AB
实验需要确定重力势能， 应测量量哪个量？

(5)经过测量计算后，某同学画出了如图 丙所示的 E － h 图线，则图中表示动能 图线 B 随高度变化的曲线为 ________( 填“图 线A”或“图线B”)。
解析 (2)从纸带上可发现从左到右,相邻的计数 点的距离பைடு நூலகம்来越大,说明速度越来越大,与重物相 连接的纸带先打出点,速度较小,故实验时纸带的左端通过夹子和重物相连接。 (3)因纸带随重物一起做匀加速直线运动,所以根据匀变速直线运动的推论得:打 x2 0.048 出 B 点时纸带运动的瞬时速度为 vB＝ ＝ m/s＝1.20 m/s。 2T 0.04 (4)若 x1 数据已测出， 则可求出在纸带上打下计数点 A 时的速度， 进而可求出 A、 B 两点动能的变化量， 要验证机械能守恒定律， 则还要求出重力势能的变化量， 所以还要测出 A、B 之间的距离 hAB。 (5)因重物在下落过程中做匀加速直线运动 ,所以高度越来越小 ,速度越来越大 , 动能越来越大,故图丙中表示动能随高度变化的曲线为图线 B。 解析显隐 答案 (1)220 (2)左 (3)1.20 (4)A、B 之间的距离或 hAB (5)图线 B

本题详细解析 见教辅！

4.某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验 中，提出了如图所示的甲、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， 甲 ，理由是： 你认为该小组选择的方案是_____ 乙图实验中，小车和斜面间存在摩擦力的作 用，且不能忽略，小车下滑过程中机械能不 守恒，不能用来验证机械能守恒定律. _____________________________________.

解析 (1)拉力 F＝mg＝0.050×9.8 N＝0.49 N， 拉力对小车做的功：W＝F×l＝0.49×0.400 J＝0.196 J， 1 2 1 小车动能的增量：ΔEk＝ mv ＝ ×0.200×1.002 J＝0.100 J. 2 2 (2)误差很大的可能原因：①小车质量不满足远大于钩码质量； ②没有平衡摩擦力；③先放小车后开电源，使打第一个点时， 小车已有了一定的初速度． 答案 (1)② 0.196 0.100 (2)①小车质量没有远大于钩码质量 ②没有平衡摩擦力 ③操作错误：先放小车后开电源(任选其二 解析/显隐)

解析 (1)甲,理由是：采用乙图实验 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,故乙图不能用来 验证机械能守恒定律.

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(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图所示，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 1.4 大小________m/s( 结果保留二位有效数字)．