驗證機械能守恒定律實驗測試題及解析

1、tpkp2kp2k2pktk pk p2kpkpkpk驗證機械能守恒定律實驗測試題及解析 1. 某同學用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律。一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于 a 點。光電門固定在 a 的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為 d 的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止d釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間 t 可由計時器測出，取 v 作為鋼球經(jīng)過 a 點時的速度。記錄鋼球每次下落的高度 h 和計時器示數(shù) t，計算并比較鋼球在釋放點和 a 點之間的勢能變化大小 e 與動能變化大小 e ，就能驗證機械能是否守恒。 (1)用 e mgh 計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度

2、 h 應測量釋放時的鋼球球心到_之間的豎直距離。a 鋼球在 a 點時的頂端b 鋼球在 a 點時的球心c 鋼球在 a 點時的底端1(2)用 e mv2計算鋼球動能變化的大小。用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為_cm。某次測量中，計時器的示數(shù)為0.010 0 s。 則鋼球的速度為 v_m/s。(3)下表為該同學的實驗結果：e (10j)4.8929.78614.6919.5929.38e (10j)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的 e 與 e 之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點？請 說明理由。(4)請你提出一條減小上述差異的改進建議： _

3、_ _。解析：(1)高度變化要比較鋼球球心的高度變化。d(2)毫米刻度尺讀數(shù)時要估讀到毫米下一位，讀數(shù)為 1.50 cm，由 v 代入數(shù)據(jù)可得 v1.50 m/s。 (3)從表中數(shù)據(jù)可知 e e ，若有空氣阻力，則應為 e e ，所以不同意他的觀點。1(4)實驗中遮光條經(jīng)過光電門時的速度大于鋼球經(jīng)過 a 點時的速度，因此由 e mv2 偏大，要減小 e 與 e 的差異可考慮將遮光條的速度折算為鋼球的速度。計算得到的 ek答案：(1)b (2)1.50(1.491.51 均可) 1.50(1.491.51 均可) (3)不同意，因為空氣阻力會造成 ek小于 e ，但表中 e 大于 e 。 (4)

4、分別測出光電門和球心到懸點的長度 l 和 l，計算 e 時，將 v 折1l1 2t 2 2tk 1 22p 2121 22tkp 2l算成鋼球的速度 v v。2某實驗小組利用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律，實驗主要步驟如下：1 將光電門安裝在固定于水平地面上的長木板上；2 將細繩一端連在小車上，另一端繞過兩個定滑輪后懸掛一鉤碼，調(diào)節(jié)木板上滑輪的高度，使該滑 輪與小車間的細繩與木板平行；3 測出小車遮光板與光電門之間的距離 l，接通電源，釋放小車，記下小車遮光板經(jīng)過光電門的時間 t；4 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算出小車與鉤碼組成的系統(tǒng)動能的增加量和鉤碼重力勢能的減少量。(1)根據(jù)上述實驗步驟，實驗中還需

5、測量的物理量有_。a小車上遮光板的寬度 db小車的質(zhì)量 m c鉤碼的質(zhì)量 m12d鉤碼下落的時間 t(2)由實驗步驟和(1)選項中測得的物理量，可得到系統(tǒng)動能增加量的表達式為_，鉤碼重力勢 能減少量的表達式為_。改變 l 的大小，重復步驟、，若在誤差范圍內(nèi)，系統(tǒng)動能的增加量均等于鉤碼重力勢能的減少 量，說明該系統(tǒng)機械能守恒。d 1 (mm )d2解析：小車通過光電門的瞬時速度 v ，則系統(tǒng)動能的增加量 e (m m )v2 ，鉤碼重力勢能的減小量 e m gl，可知還需要測量的物理量有小車上遮光板的寬度 d、小車的質(zhì)量 m 、鉤 碼的質(zhì)量 m ，故 a、b、c 正確，d 錯誤。(mm )d2答

6、案：(1)abc (2)e e m gl23.(2020 揭陽模擬)用如圖所示的裝置測量彈簧的彈性勢能。將彈簧放置在水平氣墊導軌上，左端固定，右端在 o 點；在 o 點右側的 b、c 位置各安裝一個光電門，計時器(圖中未畫出)與兩個光電門相連。先用米尺測得 b、c 兩點間距離 s，再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置 a，由靜止釋放，計時器顯示遮光片從 b 到c 所用的時間為 t，用米尺測量 a、o 之間的距離 x。(1) 計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達式是 v_。(2) 為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量_。(選填字母序號)2t2k1 2 3 4dds4 22 2kp4 2a 彈簧原長b 當

7、地重力加速度c 滑塊(含遮光片)的質(zhì)量(3)若氣墊導軌左端比右端略高，彈性勢能的測量值與真實值比較將_。(選填字母序號)a偏大b偏小c相等解析：(1)滑塊離開彈簧后的運動可視為勻速運動，故可以用 bc 段的平均速度表示滑塊離開彈簧時的 s速度，則有 v 。(2)由系統(tǒng)機械能守恒可知彈簧的彈性勢能等于滑塊增加的動能，故應求解滑塊的動能，根據(jù)動能表1 達式 e mv2可知，應測量滑塊的質(zhì)量，故 a、b 錯誤，c 正確。(3)若氣墊導軌左端比右端略高，導致通過兩光電門的時間將減小，那么測得速度偏大，因此彈性勢 能的測量值也偏大，故 a 正確，b、c 錯誤。s答案：(1) (2)c (3)at4.(2

8、020 濰坊模擬)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，一實驗小組讓小球自傾角為 30的斜面上滑下，用頻閃相機記錄了小球沿斜面下滑的過程，如圖所示，測得 b、c、d、e 到 a 的距離分別為 s 、s 、s 、s ，已知相機的頻閃頻率為 f，重力加速度 g 取 9.8 m/s2。(1)滑塊經(jīng)過位置 d 時的速度 v _。(2)選取 a 為位移起點，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出 v2 械能守恒。-s 圖線，若圖線斜率 k_，則小球下滑過程機(3) 若 改 變 斜 面 傾 角 進 行 實 驗 ， 請 寫 出 斜 面 傾 角 大 小 對 實 驗 誤 差 的 影 響 ： _。解析：(1) 根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于

9、中間時刻的瞬時速度可以求出 d 點的速度為 v s sf。2ce2t1 1(2)若減小的重力勢能等于增加的動能時，則機械能守恒，故mgh mv2，即 gssin 30 v2，解得 v2gs，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出 v2-s 圖線，若圖線斜率 kg9.8 m/s2，則小球下滑過程機械能守恒。(3)小球的動能增加量 e 總是稍小于重力勢能減少量 e ，主要原因是該過程中有阻力做功，使小 球的一部分重力勢能轉化為內(nèi)能；當斜面傾角越大，壓力減小，則摩擦阻力變小，因此阻力做功越少， 則誤差越小。s s答案：(1) f (2)9.8 (3)斜面傾角越大，誤差越小25.某同學利用如圖所示裝置來驗證機械能守恒定律。

10、a、b 是質(zhì)量均為 m 的小物塊，c 是質(zhì)量為 m 的 重物，a、b 間由輕彈簧相連，a、c 間由輕質(zhì)細繩相連。在物塊 b 下放置一壓力傳感器，重物 c 下放置3mm mm一速度傳感器，壓力傳感器與速度傳感器相連。整個實驗中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，重力加速度大小為 g。實驗操作如下：a開始時，系統(tǒng)在一外力作用下保持靜止，細繩拉直但張力為零。現(xiàn)釋放 c，使其向下運動，當壓力傳感器示數(shù)為零時，速度傳感器測出 c 的速度為 v。b在實驗中保持 a、b 質(zhì)量不變，改變 c 的質(zhì)量 m，多次重復步驟 a?；卮鹣铝袉栴}：(1) 該實驗中，m 和 m 大小關系必須滿足 m_m(選填“小于”“等于”或“大于”)

11、。(2) 為便于研究速度 v 與質(zhì)量 m 的關系，每次測 c 的速度時，c 已下降的高度應_(選填“相同” 或“不同”)。(3) 根據(jù)所測數(shù)據(jù)，為更直觀地驗證機械能守恒定律，應作出_( 選填“ v2-m”“v21- ”或m“v2-1”)圖線。 mm(4)根據(jù)(3)中的圖線，若圖線在縱軸上的截距為 b，則彈簧的勁度系數(shù)為_(用題給的已知量表 示)。解析：(1)實驗過程中需要測定壓力傳感器示數(shù)為零時，c 向下運動的速度 v，所以必須滿足 mm。 (2)因剛開始時彈簧被壓縮，彈力大小為 mg，而壓力傳感器示數(shù)為零時，彈簧被拉伸，彈力大小仍為mg mg 2mg 2mgmg，彈簧的形變量 x ，不論 c

12、 的質(zhì)量如何，測 c 的速度時，c 已下降的高度相同，為 。k k k k(3) 由題意可知彈性勢能在始、末狀態(tài)相同，為此只需驗證12(mm)v2(m m)gx ，化簡得 v24mgx1 12gx，所以應作 v2- 圖線。2mg 4mg2(4)由題意知 b2gx，而 x ，聯(lián)立得 k 。k b答案：(1)大于 (2)相同 (3)v2-1 4mg2(4)mm b6某研究性學習小組利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示。在氣墊導軌上相隔 一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器 a、b，滑塊 p 上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器 會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連。

13、滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng) 過光電傳感器 a、b 時，通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓 u 隨時間 t 變化的圖像。4121 21 2t t t1 tt21(1) 實驗前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導軌上，輕推滑塊，當圖乙中的 t _t (選 填“”“”或“”)時，說明氣墊導軌已經(jīng)水平。(2) 用游標卡尺測遮光條寬度 d，測量結果如圖丙所示，則 d_ mm。(3) 滑塊 p 用細線跨過氣墊導軌左端的定滑輪與鉤碼 q 相連，鉤碼 q 的質(zhì)量為 m。將滑塊 p 由圖甲所 示位置釋放，通過計算機得到的圖像如圖乙所示，若 t 、t 和 d 已知，要驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機

14、械能是否守恒，還應測出_(寫出物理量的名稱及符號)。(4) 若上述物理量間滿足關系式 _，則表明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的 系統(tǒng)機械能守恒。解析：(1)實驗前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導軌上，輕推滑塊，當題圖乙中的 t t 時，說明滑塊已經(jīng)勻速運動，說明氣墊導軌已經(jīng)水平。(2)用游標卡尺測遮光條寬度 d，則 d5.0 mm。d d(3)滑塊經(jīng)過兩個光電門的速度分別為： 和 ，鉤碼重力勢能的減少量為 mgl，要驗證的關系是2 11mgl (mm)2dt 221 d (mm)12，故還應測出滑塊(含遮光條)的質(zhì)量 m 和兩光電門間距離 l。1(4)若上述物理量間滿足關系式 mgl

15、(mm)2dt 221 (mm) 2dt 12，則表明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒。答案：(1) (2)5.0(3)滑塊(含遮光條)的質(zhì)量 m 和兩光電門間距離 l1 d 1 d(4)mgl (mm) 2 (mm)2 227如圖甲所示，一位同學利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗。有一直徑為d、 質(zhì)量為 m 的金屬小球由 a 處由靜止釋放，下落過程中能通過 a 處正下方、固定于 b 處的光電門，測得 a、 b 間的距離為 h(h d)，光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為 t，當?shù)氐闹亓铀俣葹?g。則：5kpp kd 0 t0p k0(1)如圖乙所示，用游標卡尺測得小球的直徑 d_cm。1(2)多次改變高度 h，重復上述實驗，作出 隨 h 的變化圖像如圖丙所示，當圖中已知量 t 、h 和重t2 0 0力加速度 g 及小球的直徑 d 滿足以下表達式：_時，可判斷小球下落過程中機械能守恒。 (3)實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量 e 總是稍小于重力勢能減少量 e ，增加下落高度后，則