高考预测题——验证机械能守恒定律实验

验证机械能守恒定律副标题题号一总分得分一、实验题探究题（本大题共15小题，共135.0分）1.某同学用图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20Hz、30Hz和40Hz，打出纸带的一部分如图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条件进行推算．若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图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______，重物下落的加速度的大小为______．已测得，，；当重力加速度大小为，试验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的由此推算出f为______Hz．2.在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：下面叙述不正确的是______A、应该用天平称出物体的质量．B、应该选用点迹清晰第一、二两点间的距离接近2mm的纸带．C、操作时应先放纸带再通电．D、电磁打点计时器应接在电压为220V的直流电源上．如图2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50Hz，当地的重力加速度，测得所用重物的质量为，纸带上第0、1两点间距离接近，、B、C、D是连续打出的四个点，它们到0点的距离如图2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______ ；重物由0点运动到C点的过程中，重力势能的减少量等于______ J，动能的增加量等于______ 取三位有效数字．实验结果发现动能增量不等于重力势能的减少量；造成这种现象的主要原因是______A.选用的重锤质量过大B.数据处理时出现计算错误C.空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力D.实验时操作不够细，实验数据测量不准确．3.某同学用气垫导轨做侧滑块加速度和验证机械能守恒定律实验，A、B为气垫导轨上的两个光电门，当滑块在气垫导轨上滑动通过两光电门时，连接在光电门上的数字计时器记录滑块上的挡光片挡光时间，两光电门间的距离为L．先用一螺旋测微器测量挡光片的宽度，如图2所示，读数为______ cm．实验开始先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定气垫导轨是否水平？______让滑块在图示1位置由静止开始在悬挂重物的牵引下向左运动，牵引滑块的细绳始终保持水平，滑块通过A、B两光电门的时间分别为、，则此次运动过程中，滑块运动的加速度大小为______ 用题设中各物理量符号表示要利用此过程验证机械能守恒定律，还需要测量的物理量为______ 填物理量及符号，要验证机械能守恒的表达式为______ 用顺设中各物理量符号表示．4.如图1所示为验证机械能守恒定律的实验装置现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平．为完成实验，还需要的器材有______．A.米尺～直流电源C.秒表～交流电源某同学用图1所示装置打出的一条纸带如图2所示，相邻两点之间的时间间隔为，根据纸带计算出打下D点时重物的速度大小为______结果保留三位有效数字采用重物下落的方法，根据公式验证机械能守恒定律，对实验条件的要求是______，为验证和满足此要求，所选择的纸带第1、2点间的距离应接近______．该同学根据纸带算出了相应点的速度，作出图象如图3所示，则图线斜率的物理意义是______．5.如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验有一直径为d、质量为m的金属小球由A处从静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为则：如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径______mm．小球经过光电门B时的速度表达式为______．多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量、和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：______时，可判断小球下落过程中机械能守恒．6.如图1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6V的交流电和直流电两种重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．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端上；C.用天平测量出重锤的质量；D.接通电源开关，同时放开悬挂纸带的夹子，打出一条纸带；E.测量打出的纸带上某些点之间的距离；F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．指出其中操作不恰当的和没有必要进行的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上．______如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为，点A、C间的距离为，点C、E间的距离为，使用交流电的频率为f，则根据这些条件计算下落到C点的速度表达式为：______．在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是：______．7.利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图1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．用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图2所示，由此读出______mm；某次实验测得倾角，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______，系统的重力势能减少量可表示为______，在误差允许的范围内，若则可认为系统的机械能守恒；用题中字母表示在上次实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的图象如图3所示，并测得，则重力加速度______．8.某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。

将气垫导轨固定在水平桌面上，调节旋钮使其水平。

在气垫导轨的左端固定一光滑的定滑轮，在B处固定一光电门，测出滑块及遮光条的总质量为M，将质量为m的钩码通过细线与滑块连接。

打开气源，滑块从A处由静止释放，宽度为b的遮光条经过光电门挡光时间为t，取挡光时间t内的平均速度作为滑块经过B处的速度，A、B之间的距离为d，重力加速度为g。

用游标卡尺测量遮光条的宽度，示数如图乙所示，其读数为______mm。

调整光电门的位置，使得滑块通过B点时钩码没有落地。

滑块由A点运动到B 点的过程中，系统动能增加量为______，系统重力势能减少量为______。

以上结果均用题中所给字母表示若实验结果发现总是略大于，可能的原因是______。

A.存在空气阻力B.滑块没有到达B点时钩码已经落地C.测出滑块左端与光电门B之间的距离作为 dD.测出滑块右端与光电门B之间的距离作为d9.某同学用如图所示的装置“验证机械能守恒定律”实验的主要步骤如下：调整气垫导轨使之水平；用天平测量滑块含遮光条质量并记录为M；测量遮光条宽度并记录为 d将滑块放在气垫导轨上，通过轻质细绳与钩码连接，记录钩码总质量为m；将滑块从A位置释放后，光电计时器测量遮光条通过光电门的时间并记录为．对测量数据进行分析，得出实验结论．请回答下列问题已知当地的重力加速度大小为若步骤用螺旋测微器测量遮光条宽度d的示数情况如图所示，则______mm，步骤中光电计时器记录的时间，滑块经过光电门时的速度大小为______．本实验中还需要测量的物理量有______写出物理量及符号；本实验中需验证的机械能守恒表达式为______用以上对应物理量的符号表示；实验数据表明系统动能增加量明显大于重力势能减少量，可能的原因是______．A.钩码总质量m远小于滑块质量MB.钩码总质量m与滑块质量M相差不大C.气垫导轨没有调水平，且左高右低D.气垫导轨没有调水平，且左低右高．10.某同学用如图甲所示的装置通过研究重锤的落体运动来验证机械能守恒定律已知重力加速度为g．在实验所需的物理量中，需要直接测量的是______，通过计算得到的是______填写代号A.重锤的质量B.重锤下落的高度C.重锤底部距水平地面的高度D.与下落高度对应的重锤的瞬时速度在实验得到的纸带中，我们选用如图乙所示的起点O与相邻点之间距离约为2mm的纸带来验证机械能守恒定律图中A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的原始点，F点是第n个点设相邻点间的时间间隔为T，下列表达式可以用在本实验中计算F点速度的是______．A.C.若代入图乙中所测的数据，求得在误差范围内等于______用已知量和图乙中测出的物理量表示，即可验证重锤下落过程中机械能守恒即使在操作及测量无误的前提下，所求也一定会略______选填“大于”或“小于”后者的计算值，这是实验存在系统误差的必然结果．另一名同学利用图乙所示的纸带，分别测量出各点到起始点的距离h，并分别计算出各点的速度v，绘出图线，如图丙所示从图线求得重锤下落的加速度______保留3位有效数字则由上述方法可知，这名同学是通过观察图线是否过原点，以及判断______与______用相关物理量的字母符号表示在实验误差允许的范围内是否相等，来验证机械能是否守恒的．11.如图1所示的实验装置，可用来测定重力加速度，也可用来验证机械能守恒定律。

在铁架台的顶端有一电磁铁，下方某位置固定一光电门，电磁铁通电后小铁球被吸起，此时小铁球距离光电门h，从电磁铁断电的瞬间开始计时，小铁球到达光电门的时间为t，小铁球经过光电门的时间为请回答下列问题：用游标卡尺测得小铁球的直径为d，如图2所示，则该示数为______cm；当地重力加速度的关系式为______；用以上字母表示若小铁球的机械能守恒，则满足的关系式应为______。

用以上字母表示12.某同学用如图1所示的装置验证机械能守恒定律一根细线系住钢球，悬挂着铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方在钢球底部竖直地粘住一片宽带为d的遮光条将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t时由计时器测出，取作为钢球经过A点时的速度记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小与动能变化大小，就能验证机械能是否守恒．计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到______ 之间的竖直距离．钢球在A点时的顶端钢球在A点时的球心钢球在A点时的底端用计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图2所示，其读数为______ 某次测量中，计时器的示数为，则钢球的速度为______ ．下表为该同学的实验结果：他发现表中的与之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的你是否同意他的观点？请说明理由．请你提出一条减小上述差异的改进建议．13.用如图甲实验装置验证、组成的系统机械能守恒从高处由静止开始下落，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图乙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、，则取，结果保留两位有效数字在打点～过程中系统动能的增量______J，系统势能的减少量______J，由此得出的结论是______；若某同学作出图象是下降的高度如图丙，则当地的实际重力加速度______．14.15.一位同学用光电计时器等器材装置做“验证机械能守恒定律”的实验，如图甲所示通过电磁铁控制的小球从B点的正上方A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，光电计时器记录下小球过光电门时间t，当地的重力加速度为g．为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪些物理量______ ．A.AB之间的距离H；小球的质量为m；C.小球从A到B的下落时间小球的直径d．小球通过光电门时的瞬时速度______ 用题中以上的测量物理量表达多次改变AB之间距离H，重复上述过程，作出随H的变化图象如图乙所示，当小球下落过程中机械能守恒时，该直线斜率______ ．在实验中根据数据实际绘出的图乙直线的斜率为则实验过程中所受的平均阻力f与小球重力mg的比值为______ 用k、表示．16.17.利用如图1所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验．除打点计时器含纸带、复写纸、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有______选填器材前的字母A.大小合适的铁质重锤B.体积较大的木质重锤C.刻度尺D.游标卡尺E.秒表如图2是实验中得到的一条纸带在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点速度为零的距离分别为、、重锤质量用m表示，已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为从打下O点到打下B点的过程中，重锤重力势能的减少量______，动能的增加量______．在实验过程中，下列实验操作和数据处理正确的是______A.释放重锤前，使重锤尽量远离打点计时器B.做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤C.为测量打点计时器打下某点时重锤的速度v，可测量该点到O点的距离h，再根据公式计算D.为测量打点计时器打下某点时重锤的速度v，可测量该点到O点的时间t，再根据公式计算某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点O的距离h，并计算出打相应计数点时重锤的速度v，通过描绘图象去研究机械能是否守恒若实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的图象是图3中的哪一个______．答案和解析【答案】1. ；；；402. ACD；；；；C3. ；取下牵引重物，M放在任意位置不动，或取下牵相重物，轻推滑块，数字计时器记录每一个光电门的电束被挡住的时间都相等；；滑块的质量M，以及悬挂重物的质量m，；4. AD；；重物的初速度为零；2mm；当地重力加速度的2倍5. ；；6. BC；；重锤下落过程中存在着阻力作用7. ；；；8. ；；mgd；C9. ；；A、B间的距离s；；C10. B；D；C；；小于；；g；11. ；；12. B；；13. ；；在误差允许的范围内，系统机械能守恒；14. AD；；；15. AC；；；ABD；A【解析】1. 解：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：；；由速度公式可得：；由牛顿第二定律可得：，所以，结合解出的加速度表达式，代入数据可得：．故答案为：；；；．根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B和C点的瞬时速度，利用速度公式求加速度；利用牛顿第二定律和解出的加速度求频率．解决本题的关键掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度的大小，关键是匀变速直线运动推论的运用．2. 解：、因为我们是比较mgh、的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平，故A错误；B、在选择纸带时，要求点迹清晰，根据自由落体运动公式，可知，若开始一、二两点间的距离为2mm，则所打第一个点时的速度为零，这样只需比较mgh、的大小关系即可，实验方便，故B正确；C、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故C错误；D、电磁打点计时器的工作电源是～的交流电源，故D错误．本题选择错误的，故选：ACD．利用匀变速直线运动的推论：BD之间的平均速度等于C点的瞬时速度，得：从打下计数点O到打下计数点C的过程中，重锤重力势能减小量动能的增加量：动能增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．在该实验中，由于摩擦力、空气阻力等阻力的存在，重锤动能的增加量总是稍稍小于减小的重力势能；若重锤动能的增加量总是小于重锤减小的重力势能，而且比较明显，就要考虑阻力太大的原因在该实验过程的步骤中，没有检查打点计时器的两个限位孔是否在同一条竖直线上，也会导致摩擦力太大；故C正确，ABD错误．故答案为：；，，；．解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度，从而求出动能；重物下落过程中不可避免的受到阻力作用，重力势能不可能全部转化为动能，这是误差的主要来源．正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、所测数据、误差分析等，会起到事半功倍的效果；并运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题．3. 解：螺旋测微器的读数为：气垫导轨处于水平时，滑块受力平衡，故可以取下牵引重物，M放在任意位置不动，或取下牵相重物，轻推滑块，数字计时器记录每一个光电门的电束被挡住的时间都相等；经过光电门的速度；由可知，；解得：要想验证机械能守恒，还需要测量滑块的质量M，以及悬挂重物的质量m，根据机械能守恒定律可知：；故答案为：；可以取下牵引重物，M放在任意位置不动，或取下牵相重物，轻推滑块，数字计时器记录每一个光电门的电束被挡住的时间都相等；滑块的质量M，以及悬挂重物的质量m；；根据螺旋测微器的读数方法可明确对应的读数，注意在读可动部分时需要估读；导轨水平时，滑块在不受外力的情况下应处于平衡状态；故小车可以做匀速直线运动或静止；根据平均速度公式可求得经过光电门的速度，再由速度和位移公式可求得加速度；根据机械能守恒定律可明确对应的表达式．掌握螺旋测微器读数的方法：固定刻度读数可动刻度读数，知道在极短时间内的平均速度可以表示瞬时速度和匀变速直线运动的速度位移公式应用．4. 解：通过打点计时器计算时间，故不需要秒表．打点计时器应该与交流电源连接．需要刻度尺测量纸带上两点间的距离．故选AD．由图可知CE间的距离为：；则由平均速度公式可得，D点的速度；用公式时，对纸带上起点的要求是重锤是从初速度为零开始，打点计时器的打点频率为50Hz，打点周期为，重物开始下落后，在第一个打点周期内重物下落的高度所以所选的纸带最初两点间的距离接近，　．由机械能守恒得，由此可知：图象的斜率；故答案为：；；重物的初速度为零 2 mm；当地重力加速度的2倍解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度，从而求出动能根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．明确实验原理及要求，从而确定实验中应注意的问题；明确机械能守恒定律的基本规律列式，再根据图象进行分析明确图象的斜率．本题考查验证机械能守恒定律的实验，要注意运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题同时在计算中要注意单位的换算．5. 解：游标卡尺的主尺读数为7mm，游标读数为，则小球的直径．根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，小球在B处的瞬时速度；小球下落过程中重力势能的减小量为，动能的增加量，若机械能守恒，有：，即．故答案为：，．游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读．根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出小球经过光电门B的速度．抓住动能的增加量和重力势能的减小量相等得出机械能守恒的表达式．解决本题的关键知道实验的原理，对于图线问题，关键得出表达式，从而分析判断知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度．6. 解：、打点计时器应接交流电源，故B错误．C、该实验验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，所以不需要用天平测量重锤的质量，故C不必要．故选：BC．根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度知，．在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是重锤下落过程中存在着阻力作用，使得部分重力势能的减小量转化为内能．故答案为：，，重锤下落过程存在着阻力作用．根据实验的原理和操作中的注意事项确定不恰当的步骤以及没有必要的步骤．根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出C点的瞬时速度．根据能量守恒分析重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能的原因．解决本题的关键知道实验的原理，抓住重力势能的减小量是否等于动能的增加量进行验证，会根据下降的高度求解重力势能的减小量，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解瞬时速度，从而求解动能的增加量．7. 解：宽度b的读数为：；由于光电门的宽度b很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．滑块通过光电门B速度为：；滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量为：；系统的重力势能减少量可表示为：；比较和，若在实验误差允许的范围内相等，即可认为机械能是守恒的．根据系统机械能守恒有：；则若图象，则图线的斜率：；由图象可知，；。