高中物理验证机械能守恒定律实验检测题

高中物理验证机械能守恒定律实验检测题

1.某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，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度为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 可由计时器测出，取v ＝d

t

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ΔE p 与动能变化大小ΔE k ，就能验证机械能是否守恒。

(1)用ΔE p ＝mgh 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。

A ．钢球在A 点时的顶端

B ．钢球在A 点时的球心

C ．钢球在A 点时的底端

(2)用ΔE k ＝12mv 2

计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测量遮光条宽度，

示数如图所示，其读数为______cm 。某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s 。则钢球的速度为v ＝________m/s 。

(3)下表为该同学的实验结果：

ΔE p (×10－2

J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔE k (×10－2 J)

5.04

10.1

15.1

20.0

29.8

p k 明理由。

(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议：

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)高度变化要比较钢球球心的高度变化。

(2)毫米刻度尺读数时要估读到毫米下一位，读数为1.50 cm ，由v ＝d t

代入数据可得v ＝1.50 m/s 。 (3)从表中数据可知ΔE k ＞ΔE p ，若有空气阻力，则应为ΔE k ＜ΔE p ，所以不同意他的观点。 (4)实验中遮光条经过光电门时的速度大于钢球经过A 点时的速度，因此由ΔE k ＝12

mv 2

计算得到的Δ

E k 偏大，要减小ΔE p 与ΔE k 的差异可考虑将遮光条的速度折算为钢球的速度。

答案：(1)B (2)1.50(1.49～1.51均可) 1.50(1.49～1.51均可) (3)不同意，因为空气阻力会造成ΔE k 小于ΔE p ，但表中ΔE k 大于ΔE p 。 (4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L 和l ，计算ΔE k 时，

将v 折算成钢球的速度v ′＝l L

v 。

2．某实验小组利用如图所示的装置验证机械能守恒定律，实验主要步骤如下：

①将光电门安装在固定于水平地面上的长木板上；

②将细绳一端连在小车上，另一端绕过两个定滑轮后悬挂一钩码，调节木板上滑轮的高度，使该滑轮与小车间的细绳与木板平行；

③测出小车遮光板与光电门之间的距离L ，接通电源，释放小车，记下小车遮光板经过光电门的时间

t ；

④根据实验数据计算出小车与钩码组成的系统动能的增加量和钩码重力势能的减少量。 (1)根据上述实验步骤，实验中还需测量的物理量有________。 A ．小车上遮光板的宽度d B ．小车的质量m 1 C ．钩码的质量m 2 D ．钩码下落的时间t ′

(2)由实验步骤和(1)选项中测得的物理量，可得到系统动能增加量的表达式为________，钩码重力势能减少量的表达式为________。

改变L 的大小，重复步骤③、④，若在误差范围内，系统动能的增加量均等于钩码重力势能的减少量，说明该系统机械能守恒。

解析：小车通过光电门的瞬时速度v ＝d t ，则系统动能的增加量ΔE k ＝12(m 1＋m 2)v 2

＝m 1＋m 2d 22t

2

，钩码重力势能的减小量ΔE p ＝m 2gL ，可知还需要测量的物理量有小车上遮光板的宽度d 、小车的质量m 1、钩码的质量m 2，故A 、B 、C 正确，D 错误。

答案：(1)ABC (2)ΔE k ＝m 1＋m 2d 2

2t

2

ΔE p ＝m 2gL 3.(2020·揭阳模拟)用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O 点；在O 点右侧的B 、C 位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连。先用米尺测得B 、C 两点间距离s ，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A ，由静止释放，计时器显示遮光片从B 到C 所用的时间为t ，用米尺测量A 、O 之间的距离x 。

(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是v ＝________。 (2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________。(选填字母序号)

A ．弹簧原长

B ．当地重力加速度

C ．滑块(含遮光片)的质量

(3)若气垫导轨左端比右端略高，弹性势能的测量值与真实值比较将________。(选填字母序号) A ．偏大

B ．偏小

C ．相等

解析：(1)滑块离开弹簧后的运动可视为匀速运动，故可以用BC 段的平均速度表示滑块离开弹簧时的速度，则有v ＝s t

。

(2)由系统机械能守恒可知弹簧的弹性势能等于滑块增加的动能，故应求解滑块的动能，根据动能表达式E k ＝12

mv 2

可知，应测量滑块的质量，故A 、B 错误，C 正确。

(3)若气垫导轨左端比右端略高，导致通过两光电门的时间将减小，那么测得速度偏大，因此弹性势能的测量值也偏大，故A 正确，B 、C 错误。

答案：(1)s t

(2)C (3)A

4.(2020·潍坊模拟)在“验证机械能守恒定律”的实验中，一实验小组让小球自倾角为30°的斜面上滑下，用频闪相机记录了小球沿斜面下滑的过程，如图所示，测得B 、C 、D 、E 到A 的距离分别为s 1、s 2、s 3、s 4，已知相机的频闪频率为f ，重力加速度g 取9.8 m/s 2

。

(1)滑块经过位置D 时的速度v D ＝________。

(2)选取A 为位移起点，根据实验数据作出v 2­s 图线，若图线斜率k ＝________，则小球下滑过程机械能守恒。

(3)若改变斜面倾角进行实验，请写出斜面倾角大小对实验误差的影响：________________________________________________________________________。

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以求出D 点的速度为v D ＝

s CE

2T

＝s 4－s 2

2

f 。

(2)若减小的重力势能等于增加的动能时，则机械能守恒，故mgH ＝12mv 2，即gs sin 30°＝12

v 2

，解得

v 2＝gs ，根据实验数据作出v 2­s 图线，若图线斜率k ＝g ＝9.8 m/s 2，则小球下滑过程机械能守恒。

(3)小球的动能增加量ΔE k 总是稍小于重力势能减少量ΔE p ，主要原因是该过程中有阻力做功，使小球的一部分重力势能转化为内能；当斜面倾角越大，压力减小，则摩擦阻力变小，因此阻力做功越少，则误差越小。

答案：(1)

s 4－s 2

2

f (2)9.8 (3)斜面倾角越大，误差越小

5.某同学利用如图所示装置来验证机械能守恒定律。A 、B 是质量均为m 的小物块，C 是质量为M 的