2017年高考物理-实验验证机械能守恒-专题练习
备战高考物理实验专题复习《验证机械能守恒定律》(解析版)
《验证机械能守恒定律》一、实验题1.利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一水平的气垫导轨，导轨上A点处有一滑块，其质量为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。
调节细绳的长度使每次实验时滑块运动到B点处与劲度系数为k的弹簧接触时小球恰好落地，测出每次弹簧的压缩量x，如果在B 点的正上方安装一个速度传感器，用来测定滑块到达B点的速度，发现速度v与弹簧的压缩量x成正比，作出速度v随弹簧压缩量x变化的图象如图乙所示，测得图象的斜率。
在某次实验中，某同学没有开启速度传感器，但测出了A、B两点间的距离为L，弹簧的压缩量为，重力加速度用g表示，则：滑块从A处到达B处时，滑块和小球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。
用题中字母表示在实验中，该同学测得，弹簧的劲度系数，并改变A、B间的距离L，作出的图象如图丙所示，则重力加速度______。
2.某实验小组进行“验证机械能守恒定律”的实验．甲同学用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，将电火花计时器固定在铁架台上，把纸带的下端固定在重锤上，纸带穿过电火花计时器，上端用纸带夹夹住，接通电源后释放纸带，纸带上打出一系列的点，所用电源的频率为，实验中该同学得到一条点迹清晰的纸带如图所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点．纸带连续的计时点A、B、C、D至第1个点O的距离如图所示，已知重锤的质量为，当地的重力加速度为，从起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能的减少量为______J，重锤动能的增加量为__________J，从以上数据可以得到的结论是__________结果保留3位有效数字．乙同学利用上述实验装置测定当地的重力加速度．他打出了一条纸带后，利用纸带测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以为纵轴画出了如图所示的图线．由于图线明显偏离原点，若测量和计算都没有问题，在实验的操作上其原因可能是__________乙同学测出该图线的斜率为k，如果阻力不可忽略，则当地的重力加速度g__________选填“大于”、“等于”或“小于”．丙同学用如图所示的气垫导轨装置来验证机械能守恒定律，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L，窄遮光板的宽度为d，窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为、，滑块在气垫导轨上运动时空气阻力不计，为验证机械能守恒定律，还需测量的物理量是，机械能守恒的表达式为3.某研究生学习小组为了研究“两小球碰撞过程中动能的损失率”即碰撞中系统动能的损失与系统碰撞前初动能的比值，设计了如图所示的装置进行如下的实验操作：Ⅰ先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，撞到木板并在木板上留下痕迹O；Ⅱ将木板向右平移适当的距离，再使小球a从原固定点由静止释放，撞在木板上得到痕迹B；Ⅲ然后把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从原固定位置由静止开始滚下与小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C：Ⅳ用天平测量a、b两小球的质量分别为、，用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的距离分别为、和．本实验中所选用的两小球质量关系为________填“”、“”或“”；用本实验中所测得的量表示，其表达式为________________．4.用如图所示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上放一金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物块B的正下方。
高三物理一轮复习专题实验6 验证机械能守恒定律(含解析)
实验6:验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律.二、实验原理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,但总的机械能守恒。
若物体从静止开始下落，下落高度为h 时的速度为v,恒有mgh＝错误!m v2。
故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能守恒定律。
测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点相邻的前、后两段相等时间间隔T内下落的高度x n－1和x n＋1(或用h n－1和h n＋1）,然后由公式v n＝错误!或由v n＝错误!可得v n(如图所示)。
三、实验器材铁架台（带铁夹）、电磁打点计时器与低压交流电源（或电火花打点计时器)、重物(带纸带夹子)、纸带数条、复写纸片、导线、毫米刻度尺。
四、实验步骤1．安装器材：如图所示,将打点计时器固定在铁架台上,用导线将打点计时器与低压电源相连,此时电源开关应为断开状态。
2．打纸带：把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，用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条（3~5条)纸带。
3．选纸带:分两种情况说明（1)若选第1点O到下落到某一点的过程，即用mgh＝错误!m v2来验证,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，这是由于打点计时器打第1个点时重物的初速度不为零造成的(如先释放纸带后接通电源等错误操作会造成此种结果)。
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)用错误!m v错误!－错误!m v错误!＝mgΔh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为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可以选用。
高考物理一轮总复习课后习题 第6章 机械能 第8讲 实验 验证机械能守恒定律
第8讲实验:验证机械能守恒定律1.在“验证机械能守恒定律”实验中,小王用如图甲所示的装置,让重物从静止开始下落,打出一条清晰的纸带,其中的一部分如图乙所示。
O点是打下的第一个点,A、B、C和D为另外4个连续打下的点。
甲乙(1)为了减小实验误差,对体积和形状相同的重物,实验时选择密度大的重物的理由是。
(2)已知交变电流频率为50 Hz,重物质量为200 g,当地重力加速度为9.80 m/s2,则从O点到C点,重物的重力势能变化量的绝对值|ΔE p|=J,C点的动能E kC= J。
(计算结果均保留3位有效数字)比较E kC与|ΔE p|的大小,出现这一结果的原因可能是。
A.工作电压偏高B.存在空气阻力和摩擦力C.接通电源前释放了纸带2.(湖南长沙二模)某兴趣小组用频闪摄影的方法验证机械能守恒定律,实验中将一钢球从与课桌桌面等高处的O点自由释放,在频闪仪拍摄的照片上记录了钢球在下落过程中各个时刻的位置,拍到整个下落过程的频闪照片如图所示。
(1)若已知频闪仪的闪光频率为f,重力加速度为g,再结合图中所给下落高度的符号,为验证从O点到A点过程中钢球的机械能守恒成立,需验证的关系式为2gs7= 。
(2)结合实际的实验场景,请估算闪光频率f应为(g取10m/s2)。
A.1 HzB.5 HzC.20 HzD.100 Hz3.某物理兴趣小组在实验室中找到的实验器材有:光电计时器(配两个光电门),铁架台,小钢球,游标卡尺,电磁铁,铅垂线,电源及导线若干。
利用这些器材设计如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。
(1)利用铅垂线调整铁架台、光电门等,使电磁铁、光电门1、光电门2的中心在同一竖直线上。
用游标卡尺测量小球的直径,如图乙所示,则小球的直径d=cm。
(2)切断电磁铁的电源,小球由静止自由下落,计时器记录小球通过两个光电门的挡光时间分别为Δt1和Δt2,同时记录小球从光电门1到光电门2的时间为t。
则小球通过光电门1时的速度为(用题中给出的物理量符号表示)。
实验专题 验证机械能守恒定律 含练习答案 超全
实验六 验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律 二、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221mv ，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；做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点之间的平均速度t t v v 2= 计算打第n 个点速度的方法；测出第n 个点与相邻前后点间的距离S n 和S n+1，，由公式Thh v T s s v n n n n n n 22111-++-=+=或 算出，如图实一6—1所示．三、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)．四、实验步骤及数据处理1．安装置：按图实-6-2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：将纸带的一端用夹予固定在重物上，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：在打好点的纸带中挑选点迹清晰且打点呈一条直线的一条纸带．4．数据处理：在起始点标上0，在以后各点依次标上l 、2、3……用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3……利用Th h v n n n 211-+-=计算出点1、点2、点3、……的瞬时速度v 1，v 2、v 3、…… 5．验证方法一：利用起始点和第n 点计算．代入221n n v gh 和,如果在实验误差允许的条件下,221n n v gh =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222121A B V V -的值． (3)在实验误差允许的条件下，如果222121B A AB V V gh -=,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，测量从第一点到其余各点的下落高度h ，并计算各点速度的平方V 2。
验证机械能守恒定律练习(有参考答案)
实验:验证机械能守恒定律练习高一（ ）班（ ）号 姓名：1．在“用打点计时器验证重锤做自由落体运动的过程中机械能守恒”的实验中，需要直接测量的数据是重物的 ( )A ．质量B ．下落高度C ．下落时间D ．即时速度2.利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中，下面叙述正确的是（）A.应该用天平称出物体的质量B.应该选用点迹清晰，特别是第一点没有拉成长条的纸带C.操作时应先接通电源然后放开纸带D.电磁打点计时器应接在电压为4～6 V 的直流电源上3．在“用打点计时器验证重锤做自由落体运动的过程中机械能守恒”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 ．只要体积足够小就可以C ．既要重，又要体积小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．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到的 ( )A ．米尺直接测小车下滑高度。
B ．米尺直接从纸带上测出。
C ．米尺从纸带上测出小车的斜面位移再乘以sinθ，即h n =d n H/lD ．用小三角板从纸带上测出。
5．在“验证机械能守恒定律”的实验中，可以通过计算得到的有 ( )A ．重锤质量B ．重力加速度C ．重锤下落高度D ．与下落高度对应的重锤的即时速度6．利用打点计时器所获得的打点的纸带如9题图所示，，A 、B 、C ……是计数点，相邻计数点对应的时间间隔是T ，对应的距离依次是s 1、s 2、s 3……下列计算打D 点时的速度的表达式中正确的有 ( )A ．T s s v D 243+=B ．T s s s s v D 44321+++=C ．T s s vD 16-= D ．T s s s s v D 45432+++=7．利用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中,计算第n 点的速度的公式是 ( )A ．V n =gtB ．V n =2gh nC ．V n =2h t n D ．V n = h n+1− h n −12T 8．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. 交流电源D. 打点计时器9．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 图5-28S 6S 5S 4S 3S 2S 1C D E F G B A 6题图10．在用重锤下落来验证机械能守恒时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示.其中O 是起始点，A 、B 、C 、D 、E 是打点计时器连续打下的5个点，打点频率为50 Hz.该同学用毫米刻度尺测量O 到A 、B 、C 、D 、E 各点的距离，并记录在图中（单位：cm ）（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 ．重锤；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，接通电源和释放纸带的顺序应该是，先______，然后_______.（3）这五个数据中不符合有效数字读数要求的是（填A 、B 、C 、D 或E ）点读数________.（4）该同学用重锤在OC 段的运动来验证机械能守恒，OC 距离用h 来表示，他用C 点对应的重锤的瞬时速度，得到动能的增加量，这种做法（填“对”或“不对”）___________.（5）若O 点到某计数点的距离用h 表示，重力加速度为g ，该点对应重锤的瞬时速度为v ，则实验中要验证的等式为________________.（6）若重锤质量m=2.00×10-1 kg ，重力加速度g=9.80 m/s 2，由图中给出的数据，可得出从O 点到打下D 点，重锤重力势能的减少量为_______________ J ，而动能的增加量为____________ J （均保留三位有效数字）.（7）实验中往往出现重锤的重力势能减少量大于动能的增加量，其主要原因是________.（8）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 。
高二物理专题7 力学实验
可以看出，a′与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：__________。
2020江苏省卷第11题
11.（10分）疫情期间“停课不停学”，小明同学在家自主开展实验探究.用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如题11-1图所示.
（1）家中有乒乓球、小塑料球和小钢球，其中最适合用作实验中下落物体的是________.
（2）下列主要操作步骤的正确顺序是_______.（填写各步骤前的序号）
（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v-t图像。
（3）观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是___________。v-t图像斜率的物理意义是______________________。
（4）描绘v-t图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度 表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对△t的要求是______（选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的△x大小与速度测量的误差______(选填“有关”或“无关”)。
实验８验证动量定理 １题
实验０基本仪器使用：游标卡尺，直尺
2017年海南第11题
11．（6分）某同学用游标卡尺分别测量金属圆管的内、外壁直径，游标卡尺的示数分别如图（a）和图（b）所示。
由图可读出，圆管内壁的直径为__cm，圆管外壁的直径为____cm；由此可计算出金属圆管横截面的面积。
高考实验专题：验证机械能守恒定律
2020高考实验专题：验证机械能守恒定律（含答案）1.(多选)在“验证机械能守恒定律”的实验中，有关重物的质量，下列说法正确的是( )A．选用质量较大的重物，使重物和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力B．应选用质量较小的重物，使重物的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动C．不需要称量重物的质量D．必须称量重物的质量，而且要估读到0.01 g答案AC1.如图所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。
现有的器材：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)(多选)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________。
(填选项字母)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________________________________________________________________________(答出两个原因)。
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2.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________。
(填选项字母，下同)A．动能变化量与势能变化量B．速度变化量与势能变化量C．速度变化量与高度变化量(2)(多选)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________。
A．交流电源B．刻度尺C．天平(含砝码)(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。
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O的距离分别为h A、h B、h C。
已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。
设重物的质量为m。
从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔE p＝________，动能变化量ΔE k＝______________。
实验六 验证机械能守恒定律
结束
(3)实验结果显示 ΔEp＞ΔEk，那么造成这一现象的主
摩擦阻力造成的机械能损失 。 要原因是___________________________
考查实验误差分析 因空气阻力、纸带与限位孔间的阻力、滑轮轴间阻力做负功， 使系统重力势能的减少量大于系统动能的增加量。
验证机械能守恒定律
验证机械能守恒定律
结束
(3)从打 O 点到打 B 点的过程中，重物下落 hB，重力势能减少， 则重物的重力势能变化量 ΔEp＝－mghB。动能增加，则动能的
1 1 1 hC－hA2 hC－hA2 2 变化量 ΔEk＝2mvB －0＝2m －0＝2m 2T 。 2T
验证机械能守恒定律
结束
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．用天平测出重物的质量； D．释放纸带，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之间的距离； 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)
验证机械能守恒定律
结束
(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________。 A．弹簧原长 B．当地重力加速度 C．滑块(含遮光片)的质量 (3)增大 A、O 之间的距离 x，计时器显示时间 t 将________。 A．增大 B．减小 C．不变
验证机械能守恒定律
结束
解析：(1)滑块离开弹簧后做匀速直线运动，故滑块的速 s 率 v＝ t 。 1 2 (2)根据功能关系， 弹簧的弹性势能 Ep＝2mv ， 所以要求 弹性势能，还需要测得滑块的质量，故选项 C 正确。 (3)弹簧的形变量越大，弹性势能越大，滑块离开弹簧时 的速度越大，滑块从 B 运动到 C 的时间越短，故 x 增大 时，计时器显示时间 t 将变小，故选项 B 正确。 s 答案：(1)v＝ t (2)C (3)B
高中物理 5. 实验：验证机械能守恒定律 课后练习、课时练习
一、单选题(选择题)1. 为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用实验系统设计了一个实验，实验装置如图所示，图中A、B两点分别固定了两个速度传感器，速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度。
在实验中测得一物体自由下落经过A点时的速度是v1，经过B点时的速度是v2，为了证明物体经过A、B两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个步骤，你认为其中不必要或者错误的是()A．用天平测出物体的质量B．测出A、B两点间的竖直距离C．利用mv－mv算出物体从A点运动到B点的过程中动能的变化量D．验证v－v与2gh是否相等2. 在“验证机械能守恒定律”实验中，能直接从纸带上测得的物理量是（）A．重物下落的高度B．重物下落至某高度时的速度C．重物下落的加速度D．重物下落过程中减少的重力势能3. 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），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4. 用电火花计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图所示，关于该实验，下列说法正确的是（）A．电火花计时器应接直流电源B．重物应选质量大，体积大的物体C．实验时应先释放纸带，后接通电源D．由于存在阻力，会使得重力势能的减小量略大于动能的增加量5. 在“验证机械能守恒定律”的实验中不需测量或计算的物理量是（）A．下落高度B．瞬时速度C．重物质量D．时间6. 在《验证机械能守恒定律》的实验中，下列说法正确的是（）A．先释放纸带，后接通电源B．用天平测量重物质量，用秒表测量重物下落时间C．重物动能的增加量一定大于重力势能的减小量D．打点计时器必须竖直安装，使两限位孔在同一竖直线上7. 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景如照片所示，其中最合适的是（）A．B．C．D．8. 利用自由落体运动验证机械能守恒定律时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度和下落高度．某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，正确的是（）A．用刻度尺测出物体下落的高度，并测出下落时间，通过计算出瞬时速度B．用刻度尺测出物体下落的高度，并通过计算出瞬时速度C．根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，测算出某点的瞬时速度，并通过计算出物体下落至该点的高度D．用刻度尺测出物体下落至某点的高度，根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，测算出该点的瞬时速度9. 下列有关高中物理实验的描述中，正确的是（）A．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，拉橡皮筋的细绳要稍长，并且实验时要使弹簧测力计与木板平面平行，同时保证弹簧的轴线与细绳在同一直线上B．在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须要用天平测出下落物体的质量C．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，弹簧必须水平使用，以克服弹簧所受重力对实验的影响D．在“研究平抛物体运动”的实验中，斜槽应尽可能光滑10. 某同学利用利用重锤和打点计时器做“验证机械能守恒定律”实验，请回答下列问题。
高考物理《实验：验证机械能守恒定律》真题练习含答案
高考物理《实验：验证机械能守恒定律》真题练习含答案1.利用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验．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动能变化量与势能变化量．(1)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带．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O 的距离分别为h A 、h B 、h C .已知当地重力加速度为g ，打点计时器打点的周期为T .设重物的质量为m .从打O 点到打B 点的过程中，重物的重力势能变化量ΔE p ＝________，动能变化量ΔE k ＝________．(2)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________．A ．利用公式v ＝gt 计算重物速度B ．利用公式v ＝2gh 计算重物速度C ．空气阻力和摩擦力的影响D ．没有采用多次实验取平均值的方法(3)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O 的距离h ，计算对应计数点的重物速度v ，描绘v 2h 图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，图像斜率满足k ＝________，则重物下落过程中机械能守恒．答案：(1)mgh B m （h C －h A ）28T 2(2)C (3)2g 解析：(1)从打O 点到打B 点的过程中，重物的重力势能减少量ΔE p ＝mgh B .B 点的速度v B ＝hC －h A 2T ，则动能的增加量为ΔE k ＝12 m v 2B ＝m （h C －h A ）28T 2. (2)验证性实验中若重物的速度采用选项A 、B 的方法计算得出，则会出现重力势能的减少量等于动能的增加量，A 、B 错误；由于纸带在下落过程中，重锤和空气之间存在阻力，纸带和打点计时器之间存在摩擦力，所以减小的重力势能会大于动能的增加量，C 正确；多次实验取平均值的方法可以减小偶然误差，对系统误差没有效果，D 错误．(3)若机械能守恒，则有mgh ＝12m v 2，可得v 2＝2gh ，则此时v 2 h 图像是过原点的一条直线，图像的斜率为2g .2．[2024·海南省天一大联考]某同学利用频闪照相机和气垫导轨做“验证机械能守恒定律”的实验，实验装置如图1所示．实验的主要步骤如下：A.用天平测出滑块的质量m ＝0.2 kg ；B ．将安装有刻度尺的气垫导轨调整到倾角θ＝24°的倾斜状态(sin 24°＝0.4)；C ．将滑块从导轨的顶端由静止释放，使用频闪照相机对滑块进行拍摄，频闪照相机每隔T ＝0.05 s 拍摄一次．某次拍摄后得到的照片如图2所示，该同学在实验中测得影像间对应的实际距离分别为s 1＝2.42 cm ，s 2＝3.41 cm ，s 3＝4.37 cm ，s 4＝5.34 cm.已知当地的重力加速度g ＝9.8 m/s 2.结合以上实验数据，完成下列填空：(计算结果均保留三位有效数字)(1)滑块在位置B 时的速度大小为________ m/s.(2)滑块由B 运动至D ，重力势能的减小量为________ J ，动能的增加量为________ J ，在误差允许的范围内，认为滑块下滑过程机械能守恒．(3)写出两条产生误差的可能原因：①____________________；②____________________．答案：(1)0.583 (2)6.10×10－2 6.03×10－2 (3)空气阻力的作用 读取数据时产生读数误差解析：(1)滑块做匀变速运动，在位置B 时有v B ＝（s 1＋s 2）2T，代入数据得v B ＝0.583 m/s. (2)滑块由B 运动至D ，重力势能的减少量ΔE p ＝mg (s 3＋s 2)·sin 24°＝6.10×10－2 J ，滑块在D 点的速度大小v D ＝（s 3＋s 4）2T ，解得v D ＝0.971 m/s ，动能的增加量ΔE k ＝12m (v 2D －v 2B )，解得ΔE k ＝6.03×10－2 J.(3)滑块在下滑过程中受空气阻力作用，产生误差或读取刻度尺上滑块对应位置距离时产生读数误差．3．[2024·江西省南昌市期中考试]用如图甲所示的实验装置验证质量分别为m 1、m 2的物体A 、B 组成的系统机械能守恒．物体B 从高处由静止开始下落，物体A 上拖着的纸带打出一系列的点，如图乙所示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个点未画出，计数点间的距离如图所示．已知m 1＝50 g ，m 2＝150 g ．(打点计时器打点周期为0.02 s ，g 取9.8 m/s 2)(1)在打0～5点的过程中系统动能的增加量ΔE k ＝________ J(保留三位有效数字)，系统重力势能的减少量ΔE p ＝________ J ，(保留三位有效数字)由此得出的结论是在误差允许范围内，A 、B 组成的系统机械能守恒．(2)若某同学作出12v 2h 图像如图丙所示，则实验测出当地的重力加速度g ＝________ m/s 2.(保留三位有效数字)答案：(1)0.576 0.600 (2)9.70解析：(1)打点计时器打点周期为0.02 s ，每相邻两计数点间还有4个点未画出，则相邻计数点间的时间间隔为T ＝5×0.02 s ＝0.1 s ，由中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得，打下点5时，速度大小为v 5＝x 462T ＝（21.60＋26.40）×10－22×0.1 m/s ＝2.40 m/s ，系统动能的增加量ΔE k ＝12(m 1＋m 2)v 25 ＝0.576 J ，系统重力势能的减少量ΔE p ＝(m 2－m 1)gh 5＝0.600 J.(2)系统机械能守恒，由机械能守恒定律得(m 2－m 1)gh ＝12 (m 1＋m 2)v 2，解得12v 2＝（m 2－m 1）g （m 1＋m 2） h ，结合12 v 2h 图像有（m 2－m 1）g （m 1＋m 2）＝5.821.20 ，解得g ＝9.70 m/s 2.。
高考物理一轮复习实验针对训练7验证机械能守恒定律含答案
实验针对训练(七)验证机械能守恒定律1．如图甲所示，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。
甲乙(1)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)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，如图乙所示。
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2．用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。
m2从高处由静止开始下落，m1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)，所用电源的频率为50 Hz。
已知m1＝50 g、m2＝150 g。
则：(结果均保留两位有效数字)甲丙乙(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________ m/s；(2)在打下0点到打下计数点5的过程中系统动能的增加量ΔE k＝________ J，系统重力势能的减少量ΔE p＝J；(当地的重力加速度g取10 m/s2)(3)若某同学作出12v2h图像如图丙所示，则当地的重力加速度g＝________ m/s2。
3．(2022·河北卷)某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，实验装置如图1所示。
弹簧的劲度系数为k，原长为L0，钩码的质量为m。
高考物理实验-验证机械能守恒定律
验证机械能守恒定律知识元验证机械能守恒定律知识讲解一、实验目的验证物体做自由落体运动时机械能守恒二、实验原理自由下落的物体只有重力做功，若减小的势能等于增加的动能，即：-△E p=△E k，则物体机械能守恒．三、实验器材铁架台(带铁夹)、打点计时器、纸带、交流电源、导线、带铁夹的重锤、纸带、刻度尺等．四、实验步骤1．按如图1装置把打点计时器安装在铁架台上，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力．用导线把打点计时器与交流电源连接好．2．把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近．3．先接通电源，再松开纸带，让重锤带着纸带自由下落．4．重复几次，得到3～5条打好点的纸带．5．在打好点的纸带中挑选点迹清晰且第1、2两计时点间的距离接近2mm的一条纸带，在起始点标上O，再在距离O点较远处开始选取相邻的几个计数点依次标上1、2、3……用刻度尺测出对应下落的高度h1、h2、h3……6．应用公式v n=计算各点对应的瞬时速度v1、v2、v3……7．计算各点对应的重力势能减少量mgh和动能的增加量mv2，进行比较五、注意事项1．打点计时器的两限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力．2．选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响．3．实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的小点．4．利用方法mgh=mv2进行验证时，选用纸带时应尽量挑选第1、2点间距接近2mm的纸带．5．因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量m，而只需验证v n2=gh n就行了．6．测量下落高度时，必须从起始点算起，为了减小测量h时的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些．六、误差分析1．在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差．2．纸带与限位孔间的摩擦，空气阻力造成误差；例题精讲验证机械能守恒定律例1.“用DIS研究机械能守恒定律”实验装置如图所示。
机械能及其守恒高考真题专题汇编带答案解析
专题六机械能及其守恒考点1 功和功率1.[2017全国Ⅱ,14,6分]如图,一光滑大圆环固定在桌面上,环面位于竖直平面内,在大圆环上套着一个小环.小环由大圆环的最高点从静止开始下滑,在小环下滑的过程中,大圆环对它的作用力()A.一直不做功B.一直做正功C.始终指向大圆环圆心D.始终背离大圆环圆心2.[2018天津,10,16分]我国自行研制、具有完全自主知识产权的新一代大型喷气式客机C919首飞成功后,拉开了全面试验试飞的新征程.假设飞机在水平跑道上的滑跑是初速度为零的匀加速直线运动,当位移x=1.6×103 m时才能达到起飞所要求的速度v=80 m/s.已知飞机质量m=7.0×104 kg,滑跑时受到的阻力为自身重力的0.1倍,重力加速度取g=10 m/s2.求飞机滑跑过程中:(1)加速度a的大小;(2)牵引力的平均功率P.拓展变式1.如图所示,A、B物体叠放在水平面上,A用不可伸长的细绳系住,绳的另一端固定在墙上,用力F拉着B右移.用F'、f AB和f BA分别表示绳对A的拉力、A对B的摩擦力和B对A的摩擦力,则()A.F做正功,f AB做负功,f BA做正功,F'不做功B.F和f BA做正功,f AB和F'做负功C.F做正功,其他力都不做功D.F做正功,f AB做负功,f BA和F'不做功2.[2015海南,4,3分]如图,一半径为R的半圆形轨道竖直固定放置,轨道两端等高;质量为m的质点自轨道端点P由静止开始滑下,滑到最低点Q时,对轨道的正压力为2mg,重力加速度大小为g.质点自P滑到Q的过程中,克服摩擦力所做的功为()A.mgRB.mgRC.mgRD.mgR3.[2018海南,6,4分]某大瀑布的平均水流量为5 900 m3/s,水的落差为50 m.已知水的密度为1.00×103 kg/m3.在大瀑布水流下落过程中,重力做功的平均功率约为()A.3×106 WB.3×107 WC.3×108 WD.3×109 W4.[2021宁夏银川检测]如图1所示,物体受到水平推力F的作用在粗糙水平面上做直线运动,得到推力F、物体速度v随时间t变化的规律如图2所示,g=10 m/s2,则()A.第1 s内推力做功为1 JB.第2 s内物体克服摩擦力做的功为2 JC.第1.5 s时推力F的功率为2 WD.第2 s内推力F做功的平均功率为1.5 W5.[2015新课标全国Ⅱ,17,6分]一汽车在平直公路上行驶.从某时刻开始计时,发动机的功率P随时间t的变化如图所示.假定汽车所受阻力的大小f 恒定不变.下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图线中,可能正确的是()A BC D考点2 动能定理1.[2020江苏,4,3分]如图所示,一小物块由静止开始沿斜面向下滑动,最后停在水平地面上.斜面和地面平滑连接,且物块与斜面、物块与地面间的动摩擦因数均为常数.该过程中,物块的动能E k与水平位移x关系的图像是 ()2.[2019天津,10,16分]图1图2完全由我国自行设计、建造的国产新型航空母舰已完成多次海试,并取得成功.航母上的舰载机采用滑跃式起飞,故甲板是由水平甲板和上翘甲板两部分构成,如图1所示.为了便于研究舰载机的起飞过程,假设上翘甲板BC是与水平甲板AB相切的一段圆弧,示意如图2,AB长L1=150 m,BC水平投影L2=63 m,图中C点切线方向与水平方向的夹角θ=12°(sin 12°≈0.21).若舰载机从A点由静止开始做匀加速直线运动,经t=6 s到达B点进入BC.已知飞行员的质量m=60 kg,g=10 m/s2,求:(1)舰载机水平运动的过程中,飞行员受到的水平力所做的功W;(2)舰载机刚进入BC时,飞行员受到竖直向上的压力F N多大.拓展变式1.[2018全国Ⅱ,14,6分]如图,某同学用绳子拉动木箱,使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度.木箱获得的动能一定()A.小于拉力所做的功B.等于拉力所做的功C.等于克服摩擦力所做的功D.大于克服摩擦力所做的功2.[2019全国Ⅲ,17,6分]从地面竖直向上抛出一物体,物体在运动过程中除受到重力外,还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用.距地面高度h在3 m以内时,物体上升、下落过程中动能E k随h的变化如图所示.重力加速度取10 m/s2.该物体的质量为()A.2 kgB.1.5 kgC.1 kgD.0.5 kg3.[2018江苏,4,3分]从地面竖直向上抛出一只小球,小球运动一段时间后落回地面.忽略空气阻力,该过程中小球的动能E k与时间t的关系图像是()A B C D4.[2015新课标全国Ⅰ,17,6分]如图,一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置,直径POQ水平.一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落,恰好从P点进入轨道.质点滑到轨道最低点N时,对轨道的压力为4mg,g为重力加速度的大小.用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功.则()A.W=mgR,质点恰好可以到达Q点B.W>mgR,质点不能到达Q点C.W=mgR,质点到达Q点后,继续上升一段距离D.W<mgR,质点到达Q点后,继续上升一段距离5.[2016全国Ⅰ,25,18分]如图,一轻弹簧原长为2R,其一端固定在倾角为37°的固定直轨道AC的底端A处,另一端位于直轨道上B处,弹簧处于自然状态.直轨道与一半径为R的光滑圆弧轨道相切于C点,AC=7R,A、B、C、D均在同一竖直平面内.质量为m的小物块P自C点由静止开始下滑,最低到达E点(未画出).随后P沿轨道被弹回,最高到达F点,AF=4R.已知P与直轨道间的动摩擦因数μ=,重力加速度大小为g.(取sin 37°=,cos 37°=)(1)求P第一次运动到B点时速度的大小.(2)求P运动到E点时弹簧的弹性势能.(3)改变物块P的质量,将P推至E点,从静止开始释放.已知P自圆弧轨道的最高点D处水平飞出后,恰好通过G点.G 点在C点左下方,与C点水平相距R、竖直相距R.求P运动到D点时速度的大小和改变后P的质量.考点3 机械能守恒定律拓展变式1.[2017天津,4,6分]“天津之眼”是一座跨河建设、桥轮合一的摩天轮,是天津市的地标之一.摩天轮悬挂透明座舱,乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动.下列叙述正确的是()A.摩天轮转动过程中,乘客的机械能保持不变B.在最高点时,乘客重力大于座椅对他的支持力C.摩天轮转动一周的过程中,乘客重力的冲量为零D.摩天轮转动过程中,乘客重力的瞬时功率保持不变2.[2015新课标全国Ⅱ,21,6分,多选]如图,滑块a、b的质量均为m,a套在固定竖直杆上,与光滑水平地面相距h,b 放在地面上.a、b通过铰链用刚性轻杆连接,由静止开始运动.不计摩擦,a、b可视为质点,重力加速度大小为g.则()A.a落地前,轻杆对b一直做正功B.a落地时速度大小为C.a下落过程中,其加速度大小始终不大于gD.a落地前,当a的机械能最小时,b对地面的压力大小为mg考点4 功能关系、能量守恒定律[2018天津,2,6分]滑雪运动深受人民群众喜爱.某滑雪运动员(可视为质点)由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB,从滑道的A点滑行到最低点B的过程中,由于摩擦力的存在,运动员的速率不变,则运动员沿AB下滑过程中()A.所受合外力始终为零B.所受摩擦力大小不变C.合外力做功一定为零D.机械能始终保持不变拓展变式1.[广东高考]如图是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图.图中①和②为楔块,③和④为垫板,楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦.在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中()A.缓冲器的机械能守恒B.摩擦力做功消耗机械能C.垫板的动能全部转化为内能D.弹簧的弹性势能全部转化为动能2.[2019全国Ⅰ,21,多选]在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上,把物体P轻放在弹簧上端,P由静止向下运动,物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示.在另一星球N上用完全相同的弹簧,改用物体Q完成同样的过程,其a-x关系如图中虚线所示.假设两星球均为质量均匀分布的球体.已知星球M的半径是星球N的3倍,则()A.M与N的密度相等B.Q的质量是P的3倍C.Q下落过程中的最大动能是P的4倍D.Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍3.[多选]如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与一质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连, 弹簧水平且处于原长.圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大, 到达C处的速度为零,AC=h.圆环在C处获得竖直向上的速度v,恰好能回到A.弹簧始终在弹性限度内,重力加速度为g.则圆环()A.下滑过程中,加速度一直减小B.下滑过程中,克服摩擦力做的功为mv2C.在C处,弹簧的弹性势能为mv2-mghD.上滑经过B的速度大于下滑经过B的速度4.[2016全国Ⅱ,21,6分,多选]如图,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5.[2017江苏,9,4分,多选]如图所示,三个小球A、B、C的质量均为m,A与B、C间通过铰链用轻杆连接,杆长为L.B、C置于水平地面上,用一轻质弹簧连接,弹簧处于原长.现A由静止释放下降到最低点,两轻杆间夹角α由60°变为120°.A、B、C在同一竖直平面内运动,弹簧在弹性限度内,忽略一切摩擦,重力加速度为g,则此下降过程中()A.A的动能达到最大前,B受到地面的支持力小于mgB.A的动能最大时,B受到地面的支持力等于mgC.弹簧的弹性势能最大时,A的加速度方向竖直向下D.弹簧的弹性势能最大值为mgL6.[江苏高考,多选]如图所示,水平桌面上的轻质弹簧一端固定,另一端与小物块相连.弹簧处于自然长度时物块位于O 点(图中未标出).物块的质量为m,AB=a,物块与桌面间的动摩擦因数为μ.现用水平向右的力将物块从O点拉至A 点,拉力做的功为W.撤去拉力后物块由静止向左运动,经O点到达B点时速度为零,重力加速度为g.则上述过程中()A.物块在A点时,弹簧的弹性势能等于W-μmgaB.物块在B点时,弹簧的弹性势能小于W-μmgaC.经过O点时,物块的动能小于W-μmgaD.物块动能最大时弹簧的弹性势能小于物块在B点时弹簧的弹性势能7.[2018江苏,7,4分,多选]如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端连接一小物块,O点为弹簧在原长时物块的位置.物块由A点静止释放,沿粗糙程度相同的水平面向右运动,最远到达B点.在从A到B的过程中,物块()A.加速度先减小后增大B.经过O点时的速度最大C.所受弹簧弹力始终做正功D.所受弹簧弹力做的功等于克服摩擦力做的功8.[2016全国Ⅱ,25,20分]轻质弹簧原长为2l,将弹簧竖直放置在地面上,在其顶端将一质量为5m的物体由静止释放,当弹簧被压缩到最短时,弹簧长度为l.现将该弹簧水平放置,一端固定在A点,另一端与物块P接触但不连接.AB是长度为5l的水平轨道,B端与半径为l的光滑半圆轨道BCD相切,半圆的直径BD竖直,如图所示.物块P与AB间的动摩擦因数μ=0.5.用外力推动物块P,将弹簧压缩至长度l,然后放开,P开始沿轨道运动.重力加速度大小为g.(1)若P的质量为m,求P到达B点时速度的大小,以及它离开圆轨道后落回到AB上的位置与B点之间的距离;(2)若P能滑上圆轨道,且仍能沿圆轨道滑下,求P的质量的取值范围.考点5 实验:探究动能定理[2017北京,21,18分]如图甲所示,用质量为m的重物通过滑轮牵图甲引小车,使它在长木板上运动,打点计时器在纸带上记录小车的运动情况.利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验.(1)打点计时器使用的电源是(选填选项前的字母).A.直流电源B.交流电源(2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正确操作方法是(选填选项前的字母).A.把长木板右端垫高B.改变小车的质量在不挂重物且(选填选项前的字母)的情况下,轻推一下小车.若小车拖着纸带做匀速运动,表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响.A.计时器不打点B.计时器打点图乙(3)接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点,已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……,如图乙所示.实验中,重物质量远小于小车质量,可认为小车所受的拉力大小为mg.从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功W= ,打B点时小车的速度v= .图丙(4)以v2为纵坐标,W为横坐标,利用实验数据作出如图丙所示的v2-W图像.由此图像可得v2随W变化的表达式为.根据功与能的关系,动能的表达式中可能包含v2这个因子;分析实验结果的单位关系,与图线斜率有关的物理量应是.(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响,若重物质量不满足远小于小车质量的条件,则从理论上分析,下面正确反映v2-W关系的是.A B C D拓展变式1.[多选]在用如图所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时,下列说法正确的是.A.为了平衡摩擦力,实验中可以将长木板的左端适当垫高,使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B.每次实验中橡皮筋的规格要相同,拉伸的长度要一样C.可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D.可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值E.实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源F.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度G.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度2.[2020全国Ⅲ,22,6分]某同学利用图(a)所示装置验证动能定理.调整木板的倾角平衡摩擦阻力后,挂上钩码,钩码下落,带动小车运动并打出纸带.某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示.已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为0.02 s,从图(b)给出的数据中可以得到,打出B点时小车的速度大小v B= m/s,打出P点时小车的速度大小v P= m/s.(结果均保留2位小数)若要验证动能定理,除了需测量钩码的质量和小车的质量外,还需要从图(b)给出的数据中求得的物理量为.3.图1[2017江苏,10,8分]利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系.小车的质量为M=200.0 g,钩码的质量为m=10.0 g,打点计时器的电源为50 Hz的交流电.(1)挂钩码前,为了消除摩擦力的影响,应调节木板右侧的高度,直至向左轻推小车观察到.(2)挂上钩码,按实验要求打出的一条纸带如图2所示.选择某一点为O,依次每隔4个计时点取一个计数点.用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx,记录在纸带上.计算打出各计数点时小车的速度v,其中打出计数点“1”时小车的速度v1=m/s.图2(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力,取g=9.80 m/s2,利用W=mgΔx算出拉力对小车做的功W.利用E k=Mv2算出小车动能,并求出动能的变化量ΔE k.计算结果见下表.W/10-3 J 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26ΔE k/10-3 J 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00请根据表中的数据,在方格纸上作出ΔE k-W图像.(4)实验结果表明,ΔE k总是略小于W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的.用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F= N.4.[2020福建三明高三第二阶段考试]为了“探究动能改变与合外力做功的关系”,某同学设计了如下实验方案: 第一步:把带有定滑轮的足够长的木板有滑轮的一端垫起,把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的带夹子的重锤跨过定滑轮相连,重锤同时连接一穿过打点计时器的纸带;调整木板倾角,直到轻推滑块后,滑块沿木板向下匀速运动,如图甲所示.第二步:如图乙所示,保持木板的倾角不变,将打点计时器安装在木板靠近滑轮处,取下细绳和重锤,将滑块与纸带相连,使纸带穿过打点计时器,然后接通电源,释放滑块,使之从静止开始向下加速运动,打出的纸带如图丙所示.请回答下列问题:请回答下列问题:(1)已知打下各相邻计数点间的时间间隔为Δt,则打点计时器打B点时滑块运动的速度v B= .(2)已知重锤质量为m,当地的重力加速度为g,要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程中滑块(写出物理量名称及符号,只写一个物理量),合外力对滑块做功的表达式W合= .(3)算出打下A、B、C、D、E点时合外力对滑块所做的功W以及滑块的速度v,若以v2为纵轴、W为横轴建立直角坐标系,并描点作出v2-W图像,则由分析可知该图像是一条,根据图像还可求得.考点6 实验:验证机械能守恒定律图1[2016北京,21(2),14分]利用图1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.A.动能变化量与势能变化量B.速度变化量与势能变化量C.速度变化量与高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是.A.交流电源B.刻度尺C.天平(含砝码)(3)实验中,先接通电源,再释放重物,得到图2所示的一条纸带.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O的距离分别为h A、h B、h C.图2已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量ΔE p= ,动能变化量ΔE k= .(4)大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是.A.利用公式v=gt计算重物速度B.利用公式v=计算重物速度C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响D.没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒:在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2-h图像,并做如下判断:若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒.请你分析论证该同学的判断依据是否正确.拓展变式1.(1)利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量重锤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.用刻度尺测出重锤下落的高度h,并测出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度vB.用刻度尺测出重锤下落的高度h,并通过v=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=计算出高度hD.用刻度尺测出重锤下落的高度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以上方案中正确的是.(2)在实验中,某同学根据实验测得的数据,通过计算发现,在下落过程中,重锤动能的增加量略大于重力势能的减少量,若实验测量与计算均无错误,则出现这一问题的原因可能是.A.重锤的质量偏大B.交流电源的电压偏高C.交流电源的频率小于50 HzD.重锤下落时受到的阻力过大2.如图1所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置.(g取9.80 m/s2)(1)选出一条点迹清晰的纸带如图2所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流.用分度值为1 mm的刻度尺测得OA=12.41 cm,OB=18.90 cm,OC=27.06 cm,在计数点A和B、B和C之间还各有一个点,重锤的质量为1.00 kg.某同学根据以上数据算出:当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了 J;此时重锤的速度v B= m/s,此时重锤的动能比开始下落时增加了 J.(结果均保留3位有效数字)(2)该同学利用实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,然后以h为横轴、以v2为纵轴作出了如图3所示的图线,图线的斜率近似等于.A.19.60B.9.80C.4.90图线未过原点O的原因是.3.某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律,将小球a、b(均可视为质点)分别固定于一轻杆的两端,杆水平且处于静止状态.释放后轻杆逆时针转动,已知重力加速度大小为g.(1)选择实验中使用的遮光条时,用螺旋测微器测量遮光条A的宽度如图乙所示,其读数为mm,另一个遮光条B的宽度为0.50 cm,为了减小实验误差,实验中应选用遮光条(填“A”或者“B”)进行实验.(2)若遮光条的宽度用d表示,测出小球a、b质量分别为m a、m b(b的质量含遮光条质量),光电门记录遮光条挡光的时间为t,转轴O到a、b两球的距离分别为l a、l b,光电门在O点的正下方,不计遮光条长度,如果系统(小球a、b以及杆)的机械能守恒,应满足的关系式为(用题中测量的字母表示).4.[2016全国Ⅱ,22,6分]某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图(a)所示:轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接.向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能.图(a)(1)实验中涉及下列操作步骤:①把纸带向左拉直②松手释放物块③接通打点计时器电源④向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是(填入代表步骤的序号).(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果.打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为m/s.比较两纸带可知, (填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大.图(b)答案专题六机械能及其守恒考点1 功和功率1.A由于大圆环是光滑的,因此小环下滑的过程中,大圆环对小环的作用力方向始终与速度方向垂直,因此作用力不做功,A项正确,B项错误;小环刚下滑时,大圆环对小环的作用力背离大圆环的圆心,滑到大圆环圆心以下的位置时,大圆环对小环的作用力指向大圆环的圆心,C、D项错误.2.(1)2 m/s2(2)8.4×106 W解析:(1)飞机滑跑过程中做初速度为零的匀加速直线运动,有v2=2ax ①代入数据解得a=2 m/s2②.(2)设飞机滑跑受到的阻力为F阻,依题意有F阻=0.1mg ③设发动机的牵引力为F,根据牛顿第二定律有F-F阻=ma ④设飞机滑跑过程中的平均速度为,有=⑤在滑跑阶段,牵引力的平均功率P=F⑥联立②③④⑤⑥式得P=8.4×106 W.1.D求恒力做功时,定义式W=Fl cos α中的l应是力F的作用物体发生的位移,F'、f BA的作用物体(即A物体)没有发生位移,所以它们做的功均为零;而F、f AB的作用物体(即B物体)发生了位移,所以它们做的功均不为零,F与B的位移方向相同,做正功,f AB与B的位移方向相反,做负功,D正确.2.C在Q点,质点受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力的作用,两力的合力充当向心力,所以有F N-mg=m,F N=2mg,联立解得v=,质点由P到Q的过程中,根据动能定理有mgR-W f=mv2,解得W f=mgR,所以质点克服摩擦力做的功为mgR,C正确.3.D每秒流下水的质量为m=5 900 m3×1.00×103 kg/m3=5.9×106 kg,每秒重力做的功W=mgh=5.9×106×10×50 J=2.95×109 J,即重力做功的平均功率约为P==3×109 W,选项D正确.4.B从v-t图像中可知物体在第1 s内速度为零,即处于静止状态,所以推力做功为零,故A项错误;v-t图像与坐标轴围成的面积表示位移,所以第2 s内的位移为x=×1×2 m=1 m,由v-t图像可以知道在2~3 s的时间内,物体做匀速运动,处于受力平衡状态,所以滑动摩擦力的大小f为2 N,故第2 s内摩擦力做功为W f=-fx=-2×1 J=-2 J,所以克服摩擦力做功2 J,故B项正确;第1.5 s时速度为1 m/s,则1.5 s时推力的功率为P=Fv=3×1 W=3 W,故C项错误;在第2 s内F做的功为W=Fx=3×1 J=3 J,所以第2 s内推力F做功的平均功率为== W= 3 W,故D项错误.5.A在v-t图像中,图线的斜率代表汽车运动时的加速度,由牛顿第二定律可得:在0~t1时间内,-f=ma,当速度v不变时,加速度a为零,在v-t图像中为一条水平线;当速度v变大时,加速度a变小,在v-t图像中为一条斜率逐渐。
高考物理专题特训-机械能守恒定律和功能关系
若 P 能沿圆轨道运动到 D 点，其到达 D 点时的向 心力不能小于重力，即 P 此时的速度大小 v 应满足
mlv2≥mg④ 设 P 滑到 D 点时的速度为 vD， 由机械能守恒定律得12mvB2＝12mvD2＋mg·2l⑤ 联立③⑤式得 vD＝ 2gl⑥
3．力学中几种功能关系 (1)合外力做功与动能的关系：W 合＝ΔEk。 (2)重力做功与重力势能的关系：WG＝－ΔEp。 (3)弹力做功与弹性势能的关系：W 弹＝－ΔEp。 (4)除重力及系统内弹力以外其他力做功与机械能 的关系：W 其他＝ΔE 机。 (5)滑动摩擦力做功与内能的关系：Ffl 相对＝ΔE 内。
vD 满足④式要求，故 P 能运动到 D 点，并从 D 点 以速度 vD 水平射出。设 P 落回到轨道 AB 所需的时间 为 t，
由运动学公式得 2l＝12gt2⑦ P 落回到轨道 AB 上的位置与 B 点之间的距离为 s ＝vDt⑧ 联立⑥⑦⑧式得 s＝2 2l。⑨
(2)设 P 的质量为 M，为使 P 能滑上圆轨道，它到 达 B 点时的速度不能小于零。由①②式可知 5mgl＞ μMg·4l⑩
图 3－2－7 (1)小球受到手的拉力大小 F； (2)物块和小球的质量之比 M∶m； (3)小球向下运动到最低点时，物块 M 所受的拉力 大小 T。
解析 (1)设小球受 AC、BC 的拉力分别为 F1、F2 F1sin 53°＝F2cos 53° F＋mg＝F1cos 53°＋F2sin 53° 且 F1＝Mg，解得 F＝53Mg－mg。 (2)小球运动到与 A、B 相同高度过程中小球上升高 度，h1＝3lsin 53°，物块下降高度 h2＝2l 由机械能守恒定律得 mgh1＝Mgh2 解得Mm＝65。
高考物理总复习 第五章 机械能及其守恒律 六 验证机械能守恒律测试题
避躲市安闲阳光实验学校实验六验证机械能守恒定律[学生用书P101]一、实验目的验证机械能守恒定律．二、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应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．三、实验器材打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根．四、实验步骤1．安装置：按实验原理图将检查、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(1)用mgh＝12mv2来验证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离接近2 mm的纸带．(2)用12mv2B－12mv2A＝mgΔh验证时，只要A、B之间的点迹清晰即可选用．五、实验结论在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒．对实验原理和操作的考查[学生用书P102]1．“验证机械能守恒定律”的实验中应控制实验条件，使运动过程满足机械能守恒的条件，尽量减小各种阻力的影响，可采取以下措施：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力；(2)选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可减小体积，可使空气阻力减小．(3)释放纸带前要保持纸带竖直、静止不动，先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸带．2．实验过程中，重力势能的减少量ΔE p＝mgh n，动能的增加量ΔE k＝12mv2n，mgh n ＝12mv 2n 成立可验证机械能守恒定律，本实验可以不测量重物的质量．3．速度的计算：计数点的瞬时速度不能用v n ＝gt n 或v n ＝2gh n 计算，因为确认重物下落的加速度为重力加速度g ，即确认重物做自由落体运动，自由落体运动过程中机械能当然守恒．【典题例析】在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50Hz ，依次打出的点为0，1，2，3，4…n .则：(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为____________________、__________________________、____________________，必须计算出的物理量为____________________、____________________，验证的表达式为____________________________．(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是__________(填写步骤前面的字母)．A ．将打点计时器竖直安装在铁架台上B ．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落C ．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验D ．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带E ．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h 1，h 2，h 3…h n ，计算出对应的瞬时速度v 1，v 2，v 3…v nF ．分别算出12mv 2n 和mgh n ，在实验误差范围内看是否相等[解析] (1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h 26，要计算第2点和第6点的速度v 2和v 6，必须测出第1点到第3点之间的距离h 13和第5点到第7点之间的距离h 57，机械能守恒的表达式为mgh 26＝12mv 26－12mv 22.(2)实验操作顺序为ADBCEF.[答案] (1)第2点到第6点之间的距离h 26第1点到第3点之间的距离h 13第5点到第7点之间的距离h 57第2点的瞬时速度v 2 第6点的瞬时速度v 6mgh 26＝12mv 26－12mv 22 (2)ADBCEF1.(2017·高考天津卷)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)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，撤手释放重物(2)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)BC对实验数据处理和误差分析的考查[学生用书P102]1．实验数据处理(1)以速度为零的点为起始点验证：利用第1个点(速度为零)和第n 个点数据，测出两点间距h ，算出第n 个点速度v ，如果在实验误差允许的范围内，有mgh ＝12mv 2，则说明实验过程中的机械能守恒．(2)以速度不为零的点为起始点验证：任取两点A 、B 测出h AB ，算出v A 、v B ，如果在实验误差允许的范围内，有mgh AB ＝12mv 2B －12mv 2A ，则说明实验过程中的机械能守恒．(3)图象验证：从纸带上选取多个点，测量从第一个点到其余各点下落的高度h ，并计算各点速度的二次方v 2，然后以12v 2为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出12v 2－h 图线．若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g 的直线，则说明实验过程中的机械能守恒．2．误差分析(1)空气阻力及摩擦阻力的存在产生系统误差：本实验中，由于重物和纸带在下落过程中要克服空气阻力、打点计时器对纸带的摩擦阻力做功，因此动能的增加量ΔE k稍小于重力势能的减少量ΔE p，即ΔE k<ΔE p.(2)打点计时器产生的误差：①由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差．当交流电的频率升高时，实际打点时间间隔小于理论时间间隔，导致测得的速度小于实际速度；②计数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差．【典题例析】(2016·高考北京卷)利用图1装置做“验证机械能守恒定律”实验．图1(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________．A．动能变化量与势能变化量B．速度变化量与势能变化量C．速度变化量与高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________．A．交流电源B．刻度尺C．天平(含砝码)(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图2所示的一条纸带．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O的距离分别为h A、h B、h C.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔE p＝__________，动能变化量ΔE k＝________．图2(4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________．A．利用公式v＝gt计算重物速度B．利用公式v＝2gh计算重物速度C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响D．没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2－h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒．请你分析论证该同学的判断依据是否正确．[解析] (1)只需要比较重物下落过程中，任意两点间的动能变化量与势能变化量是否相等，即可验证机械能是否守恒，故选A.(2)打点计时器需要接交流电源，故选A；还需要用刻度尺测量重物下落的高度，故还要选B.(3)从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少mgh B，变化量为－mgh B ；打B 点的速度v B ＝h C －h A 2T ，动能E k ＝mv 2B 2，联立解得E k ＝12m ⎝⎛⎭⎪⎫h C －h A 2T 2，故动能变化量ΔE k ＝E k －0＝12m ⎝⎛⎭⎪⎫h C －h A 2T 2. (4)由于存在空气阻力和摩擦阻力的影响，导致重力势能的减少量大于动能的增加量，产生系统误差，多次实验取平均值无法消除系统误差，故选项C 对．(5)在重物下落h 的过程中，若阻力f 恒定，由动能定理得，mgh －fh ＝mv 22，解得v2＝2⎝⎛⎭⎪⎫g －f m h ，故v 2－h 图象是一条过原点的直线，但还要看图线的斜率是否在误差允许的范围内接近2g ，才能用该法验证机械能守恒定律．答案：(1)A (2)AB (3)－mgh B 12m ⎝⎛⎭⎪⎫h C －h A 2T 2(4)C (5)该同学的判断依据不正确．在重物下落h 的过程中，若阻力f 恒定，根据动能定理得，mgh －fh ＝12mv 2－0得，v 2＝2⎝⎛⎭⎪⎫g －f m h 可知．v 2－h 图象就是过原点的一条直线．要想通过v 2－h 图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g2.(2018·哈尔滨模拟)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/s 2，小球质量m ＝0.4 kg ，结果保留3位有效数字)时刻 t 2t 3t 4t 5速度(m/s)4.994.483.98(1)55 (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，即可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)根据在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，可得v 5＝16.14＋18.662×0.05×10－2m/s ＝3.48 m/s.(2)重力势能的增量ΔE p ＝mg Δh ，代入数据可得ΔE p ≈2.49 J ，动能减少量为ΔE k ＝12mv 22－12mv 25，代入数据可得ΔE k ≈2.56 J.(3)由计算可得ΔE p <ΔE k ，主要是由于存在空气阻力． 答案：(1)3.48 (2)2.49 2.56 (3)< 存在空气阻力创新实验[学生用书P103]1．实验方案的优化改进 甲方案一 如图甲所示，用光滑斜面和小车验证机械能守恒定律，在打出的小车拖动的纸带上取两点A 、B ，求出打A 点、B 点时的速度v A 、v B ，测出斜面的高h 、长L 及AB 之间的距离L 0.只需要验证关系式gL 0h L ＝12v 2B －12v 2A 成立，即可验证小车沿光滑斜面下滑的过程中机械能是守恒的．方案二乙如图乙所示，用斜槽、钢球等验证钢球从斜槽滚下过程中的机械能守恒，从斜槽某高度处同一点A 从静止开始释放钢球多次，找出平均落地点P ，测量A 点到桌面的高度h 1，出口到O 点的高度h 2，O 点到P 点的距离s .由平抛知识，s＝v 0t ，h 2＝12gt 2，得平抛速度v 0＝sg2h 2，以桌面为零势能面，则A 点的重力势能E p ＝mgh 1，抛出点的动能E k ＝12mv 20.若E p ＝E k ，得h 1＝s 24h 2.只要h 1＝s24h 2，即可验证机械能守恒．方案三 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图丙所示，从与光电门连接的数字计时器(图中未画出)上读出挡光条通过光电门1和光电门2的时间Δt 1、Δt 2，用天平测量出滑块和挡光条的总质量M 及托盘和砝码的总质量m ，用游标卡尺测量出挡光条宽度l ，从导轨标尺上读出两光电门之间的距离L ，则滑块通过光电门1、2时系统的总动能分别为E k1＝12(m ＋M )·⎝ ⎛⎭⎪⎫l Δt 12，E k2＝12(m ＋M )·⎝⎛⎭⎪⎫l Δt 22，而系统重力势能的减少量ΔE p ＝mgL ，如果ΔE p ＝E k2－E k1，则验证了机械能守恒定律．丙2．实验数据的优化处理方法法一：用12mv 2＝mgh 验证时，利用起始点和第n 点计算．法二：用12mv 2B －12mv 2A ＝mg Δh 验证时，任取两点计算．【典题例析】某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验的简易示意图如下，当有不透光的物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．所用的光电门传感器可测得最短时间为0.01 ms.将挡光效果好、宽度为d ＝3.8×10－3m 的黑色磁带贴在透明直尺上，从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门．某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间Δt i 与图中所示的高度差Δh i ，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示．(取g ＝9.8 m/s 2，注：表格中M 为直尺质量)Δt i (10－3s)v i ＝d Δt i(m ·s －1) ΔE k i ＝12Mv 2i －12Mv 21 Δh i (m) Mg Δh i1 1.21 3.142 1.15 3.30 0.52M 0.06 0.59M3 1.00 3.80 2.24M 0.23 2.25M4 0.95 4.003.10M 0.32 3.14M 50.904.00M0.41(1)从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用v i ＝dΔt i求出的，请你简要分析该同学这样做的理由是：_________________________________________.(2)请将表格中数据填写完整． (3)通过实验得出的结论是：_______________________________________________.(4)根据该实验请你判断下列ΔE k －Δh 图象中正确的是________．[解析] (2)v ＝dΔt ＝3.8×10－30.90×10－3m/s ≈4.22 m/s ，Mg Δh ＝9.8×0.41M ≈4.02M .(3)从表中数据可知，在误差范围内，动能的增加量与重力势能的减少量相等．(4)由于ΔE k ＝Mg Δh ，则动能的变化与高度差成正比，C 正确． [答案] (1)极短时间内的平均速度近似等于瞬时速度 (2)4.22 4.02M(3)在误差范围内重力势能减少量等于动能的增加量 (4)C3.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：选D.A 选项中，纸带过短，长度测量的相对误差较大，故A 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 错误；对打出的纸带，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 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 正确．[学生用书P104]1．(2018·河北邯郸摸底)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，mg Δh ＝12m (v 22－v 21)，整理后，得g Δh ＝12(v 22－v 21)，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 ＝AC2T≈0.19 m/s ；根据实验原理知，还应计算12(v 2D －v 2B )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 12(v 2D －v 2B ) 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．(2018·广州执信中学模拟)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 ＝dΔt；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 ＝12(2M ＋m )⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2.(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 ＝mg 2M ＋m ＝g2Mm＋1.②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 ＝12(2M ＋m )⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2(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 ＝g2M m＋1 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s 1＝8.89 cm ，s 2＝9.50 cm ，s 3＝10.10 cm ；当地重力加速度大小为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)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 ＝s 1＋s 22T＝（s 1＋s 2）f 2；打出C 点时重物下落的速度v C ＝s 2＋s 32T ＝（s 2＋s 3）f2.根据加速度的定义，重物下落的加速度大小为a ＝v C －v B T ＝(v C －v B )f ＝（s 3－s 1）f22.(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（s 3－s 1）f22＝0.99g ，解得f ＝40 Hz.答案：(1)（s 1＋s 2）f 2 （s 2＋s 3）f 2 （s 3－s 1）f22(2)40。
高中物理验证机械能守恒实验专项题学生版
验证机械能守恒实验专项丿1.某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验，实验装置如图所示，图中A、B两位置分别固泄了两个光电门传感器.实验测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为口，通过B的挡光时间为t2.重力加速度为g.为了证明小物体通过A、B时的机械能相等，还需要进行一些实验测量和列式证明.（1）__________________________ 下列必要的实验测量步骤是A.用天平测出运动小物体的质量mB.测岀A、B两传感器之间的竖直距离hC.测岀小物体释放时离传感器B的高度HD.用秒表测岀运动小物体由传感器A到传感器B所用时间（2）若该同学用d和ti、t2的比值来反映小物体经过A、B光电门时的速度，并设想如果能满足____ 关系式，即能证明在自由落体运动过程中小物体的机械能是守恒的.2.利用如图1装置做“验证机械能守恒沱律”实验.图1 图2①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.A.动能变化量与势能变化量B.速度变化量和势能变化呈：C.速度变化量和高度变化虽：②除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是 _____A.交流电源B.刻度尺C.天平（含祛码）③实验中，先接通电源，再释放重物，得到图2所示的一条纸带.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0的距离分别为1山、hB、he.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化SAEp=_______________ ,动能变化^AE k= _______ .④大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是. _______A.利用公式\，=0计算中点速度B.利用公式、「=V2ghi|-算重物速度C.存在空气阻力和摩擦力阻力的影响D.没有采用多次试验去平均值的方法⑤某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2-h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确.3・在“验证机械能守恒圧律"实验中，某同学釆用让重物自由下落的方法验证机械能守恒宦律，实验装置如图1所示。
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2017年高考物理
实验验证机械能
题型一、考查实验原理与实验操作
1．如图甲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。
甲
（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．4~6V的直流电源
D．4~6V的交流电源
（2）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．用天平测出重锤的质量；
D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；
E．测量纸带上某些点间的距离；
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
其中操作不当的步骤是________。
（3）实验中误差产生的原因有__________________________________________。
（写出两个原因）
（4）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。
根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图乙所示。
使用交流电的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a ________。
（用1x、2x、3x、4x及f表示）
乙
2．（1）在利用重锤做自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，有关重锤的质量，下列说法正确的是（ ） A ．应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力
B ．应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动
C ．不需要称量重锤的质量
D ．必须称量重锤的质量
（2）在该实验中，选定了一条较为理想的纸带，如图实-
6-3所示，“0”为起始点，以后纸带上所打的各点依次记为1、2、3……，测得的1x 、2x 、3x ……是重锤从开始运动到各时刻的位移。
已知打点计时器的打点周期为T ，重锤质量为m ，重力加速度为g ，则当打点计时器打点“4”时，重锤动能的表达式为________________；从“0”点到“4”点的过程中重锤重力势能的减少量表达式为________________。
图实-
6-3 题型二、考查实验数据处理及误差分析
3．在用落体法验证机械能守恒定律时，某小组按照正确的操作选得纸带如图所示。
其中O 是起始点，A 、B 、C 是打点计时器连续打下的3个点。
用毫米刻度尺测量O 到A 、B 、C 各点的距离，并记录在图中。
(已知当地的重力加速度2
g 9.80 m /s =，重锤质量为m 1kg =，计算结果均保留3位有效数字)
（1）图中的三个测量数据中不符合有效数字读数要求的是________段的读数，应记作________cm 。
（2）甲同学用重锤在OB 段的运动来验证机械能守恒，他用AC 段的平均速度作为B 点对应的瞬时速度B v ，则求得该过程中重锤的动能增加量k E ∆=________J ，重力势能的减少量p E ∆=________J 。
这样验证的系统误差总是k E ∆________p E ∆（选填“>”、“<”或“＝”）。
（3）乙同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB 段的运动来验证机械能守恒，将打点计时器打
2
时还应求出摆锤在最低点时的速度，其速度应为________。
（2）用实验中测量的物理量写出验证摆锤在运动中机械能守恒的关系式为________。