高中物理人教版第一冊(必修)學生實驗驗證機械能守恒定律(精析版)

1、驗證機械能守恒定律1在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，要驗證的是重物重力勢能的減少等于它動能的增加，以下步驟僅是實驗中的一部分，在這些步驟中多余的或錯誤的有()A用天平稱出重物的質量B把打點計時器固定到鐵架臺上，并用導線把它和低壓交流電源連接起來C把紙帶的一端固定到重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，把重物提升到一定高度D接通電源，待打點穩(wěn)定后釋放紙帶E用秒表測出重物下落的時間解析：在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，需驗證重力勢能減少量mgh和動能增加量mv2之間的大小關系，若機械能守恒，則有mghmv2成立，兩邊都有質量，可約去，即驗證ghv2成立即可，故無需測質量，A選項多余對E選項，測

2、速度時，用的是紙帶上的記錄點間的距離和打點計時器打點的時間間隔，無需用秒表測量，因此E選項也多余答案：AE2利用圖示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h.某班同學利用實驗得到的紙帶，設計了以下四種測量方案：a用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時間t，通過vgt計算出瞬時速度v.b用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v計算出瞬時速度v.c根據做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h計算出高度h.d用刻度尺測出物體下落的高度h，根據做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，

3、等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v.2-1-c-n-j-y以上方案中只有一種正確，正確的是_(填入相應的字母)解析：重物下落過程中，由于紙帶與打點計時器的阻礙作用，其加速度要小于重力加速度g，故不可用a、b、c方案中的公式來求解答案：d3某同學利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，圖中所標數據為實際距離，該同學通過計算得到不同時刻的速度如下表(當地重力加速度取9.8 m/s2，小球質量m0.2 kg，計算結果保留三位有效數字)：時刻t2t3t4t5速度( m/s)4.994.483.98(1)由頻閃照片上的數據計算t5時刻小球的速度v5_

4、m/s；(2)從t2到t5時間內，重力勢能增量Ep_ J，動能減少量Ek_ J；(3)在誤差允許的范圍內，若Ep與Ek近似相等，從而驗證了機械能守恒定律由上述計算得Ep_Ek(選填“>”、“<”或“”)，造成這種結果的主要原因是_.解析：(1)t5時刻小球的速度v5×102 m/s3.48 m/s；(2)從t2到t5時間內，重力勢能增量Epmgh250.2×9.8×(23.6821.1618.66)×102 J1.24 J，動能減少量Ekmvmv1.28 J；(3)Ep<Ek，造成這種結果的主要原因是存在空氣阻力答案：(1)3.48(2

5、)1.24；1.28(3)<；存在空氣阻力4.如圖所示，兩個質量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1m2.現要利用此裝置驗證機械能守恒定律(1)若選定物塊A從靜止開始下落的過程進行測量，則需要測量的物理量有_(在橫線上填入選項前的編號)物塊的質量m1、m2物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間繩子的長度(2)為提高實驗結果的準確程度，某小組同學對此實驗提出以下建議：繩的質量要輕在“輕質繩”的前提下，繩子越長越好盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖晃兩個物塊的質量之差要盡可能小以上建議中確實對提高準確程度有作用的

6、是_(在橫線上填入選項前的編號)(3)寫出一條上面沒有提到的對提高實驗結果準確程度有益的建議：_ _.www.21-cn-解析：(1)通過連接在一起的A、B兩物體驗證機械能守恒定律，即驗證系統的勢能變化與動能變化是否相等，A、B連接在一起，A下降的距離一定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的，故、只測其中之一即可，不需要測量繩子的長度21·世紀*教育網(2)如果繩子質量不能忽略，則A、B組成的系統勢能將有一部分轉化為繩子的動能，從而為驗證機械能守恒定律帶來誤差；若物塊搖擺，則兩物塊的速度有差別，為計算系統的動能帶來誤差；兩物塊質量相差較小時，摩擦等阻力做功占兩物塊的機械能的比

7、例增大，誤差增大，故無需減小兩物塊的質量差答案：(1)或(2)(3)例如：“對同一高度進行多次測量取平均值”；“選取受力后相對伸長盡量小的繩”；等等5如圖所示，是用落體法“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置，請回答下列問題：(1)從下列器材中選出實驗所必需的，其編號為_A打點計時器(含紙帶)；B.重錘；C天平；D.毫米刻度尺；E.秒表(2)實驗中產生系統誤差的主要原因是紙帶通過打點計時器的摩擦阻力，使重錘獲得的動能往往_它所減小的重力勢能(填“大于”、“小于”或“等于”)(3)如果以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據實驗數據繪出v2/2h圖線是一條通過坐標原點的傾斜直線，該直線的斜率是_解析：(1)

8、驗證機械能守恒定律時，只需驗證v2與gh近似相等，故無需測量重錘質量，用打點計時器可以測量重錘下落高度即下落的時間，故無需秒表，故正確的為A、B、D.(2)由于重錘下落過程中有部分重力勢能轉化為克服摩擦力做功而產生的熱，故重錘獲得的動能稍小于減小的重力勢能(3)由v2gh可知，以v2為縱軸，h為橫軸，所繪圖線的斜率為重力加速度g.答案：(1)ABD(2)小于(3)重力加速度6. 如圖所示是“用DIS實驗系統研究機械能守恒定律”的實驗裝置，完成下列有關問題：(1)本實驗中，采用的傳感器是_(填寫傳感器名)(2)本實驗中，先選取零勢能面再進行實驗，則零勢能面位置的選取對驗證擺錘動能與重力勢能之和為

9、常數_影響(選填“有”或“無”)(3)每次都準確從同一位置靜止釋放擺錘，改變傳感器安裝的高度，以同一零勢能面測得四個不同位置的重力勢能和動能的數據.動能(102J)重力勢能(102J)機械能(102J)0.007.507.502.465.007.464.912.507.417.340.007.34分析實驗數據可以發(fā)現，動能與勢能之和(機械能)隨測量位置的不同而不斷減小，其可能的原因是：_.解析：(1)利用光電門可測量擋光時間，再測量擺錘的直徑，即可求出擺錘的速度(2)驗證機械能守恒定律時，可以通過比較重力勢能的減少量與動能的增加量是否相等來判斷機械能是否守恒，故與零勢能面的選取無關(3)由于擺

10、錘運動過程中受到阻力，阻力做負功，使擺錘的機械能減小答案：(1)光電門(2)無(3)擺錘在擺動過程中存在一定的阻力7在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，所用電源的頻率為50 Hz，某同學選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時，各計數點對應刻度尺上的讀數如圖所示(圖中O點是打點計時器打出的開始下落的第1個點，A、B、C、D、E、F分別是每打兩個點取出的計數點)根據紙帶計算：(1)重錘下落到打B點、E點時的速度；(2)若重錘的質量為m kg，則重錘從開始下落到打B點時，減少的重力勢能是多少？重錘增加的動能為多少？(3)若重錘質量為m kg，求重錘下落BE高度的過程中重力勢能減少多少？重錘的動能增加多少

11、？(當地重力加速度為9.8 m/s2)21·cn·jy·com解：(1)xAB195.0 mm125.0 mm70.0 mm0.070 0 mxBC280.5 mm195.0 mm85.5 mm0.085 5 mxDE498.0 mm381.5 mm116.5 mm0.116 5 mxEF630.0 mm498.0 mm132.0 mm0.132 0 mvB(xABxBC)/2T(0.070 00.085 5)/(2×0.04) m/s1.944 m/svE(xDExEF)/2T(0.116 50.132 0)/(2×0.04) m/s3.10

12、6 m/s.(2)重錘從開始下落到打B點時：減少的重力勢能為Ep減mgxBO9.8×0.195m1.91m(J)增加的動能為：Ek增mvm×(1.944)21.89m(J)(3)重錘下落BE高度時減少的重力勢能為Ep減mgxEB9.8×(0.498 00.195 0)m2.969m(J)增加的動能：Ek增mvmvm×(3.106)2m×(1.944)22.934m(J)8(2011海南高考)現要通過實驗驗證機械能守恒定律實驗裝置如圖甲所示：水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌；導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質量為M，左端由跨過輕質光滑定滑

13、輪的細繩與一質量為m的砝碼相連；遮光片兩條長邊與導軌垂直；導軌上B點有一光電門，可以測量遮光片經過光電門時的擋光時間t.用d表示A點到導軌底端C點的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，s表示A、B兩點間的距離，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度用g表示重力加速度完成下列填空和作圖：21*cnjy*com(1)若將滑塊自A點由靜止釋放，則在滑塊從A運動至B的過程中，滑塊、遮光片與砝碼組成的系統重力勢能的減小量可表示為_，動能的增加量可表示為_ _若在運動過程中機械能守恒，與s的關系式為_.(2)多次改變光電門的位置，每次均令滑塊自同一點(A點)下滑，測量相應的s

14、與t值如果如下表乙所示：12345s(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms)45.855.431/t2(104s2)1.481.952.412.923.39乙以s為橫坐標，為縱坐標，在答題卡對應圖丙位置的坐標紙中描出第1和第5個數據點；根據5個數據點作直線，求得該直線的斜率k_×104 m1·s2(保留3位有效數字)由測得的h、d、b、M和m數值可以計算出s直線的斜率k0，將k和k0進行比較，若其差值在實驗允許的范圍內，則可認為此實驗驗證了機械能守恒定律21教育網解析：(1)滑塊的重力勢能減小Mg·s·，砝

15、碼的重力勢能增加mg·s，故系統的重力勢能減小量為Mg·s·mg·s(Mm)gs.滑塊通過B點時的瞬時速度v，系統動能的增加量為(Mm)v2(Mm).若在運動過程中機械能守恒，則有(Mm)gs(Mm)，則s.www-2-1-cnjy-com(2)第1和第5個數據點及所作直線見下圖直線的斜率約為k2.36×104 m1·s2.答案：(1)(Mm)gs(Mm)s(2)作圖見解析2.36(2.322.40均正確)歷年高考真題（含解析）1.2010·四川高考有4條用打點計時器(所用交流電頻率為50 Hz)打出的紙帶A、B、C、D，其

16、中一條是做“驗證機械能守恒定律”實驗時打出的為找出該紙帶，某同學在每條紙帶上取了點跡清晰的、連續(xù)的4個點，用刻度尺測出相鄰兩個點間距離依次為s1、s2、s3.請你根據下列s1、s2、s3的測量結果確定該紙帶為_(已知當地的重力加速度為9.791 m/s2)2·1·c·n·j·yA61.0 mm65.8 mm70.7 mmB41.2 mm45.1 mm53.0 mmC49.6 mm53.5 mm57.3 mmD60.5 mm61.0 mm60.6 mm解析：驗證機械能守恒采用重物的自由落體運動實現，所以相鄰的0.02 s內的位移增加量為sgT29

17、.791×0.022 m3.9 mm.【來源：21cnj*y.co*m】答案：C22010·海南物理利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖所示：(1)實驗步驟：將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導軌調至水平用游標卡尺測量擋光條的寬度l，結果如圖所示，由此讀出l_mm.由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離s_cm.將滑塊移至光電門1左側某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2.從數字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間t1和t2.用天平稱出滑塊和擋光條的總質量M，再稱出托盤和砝碼的總質量m

18、.(2)用表示直接測量量的字母寫出下列所求物理量的表達式：滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1_和v2_.當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1_和Ek2_.【出處：21教育名師】在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統勢能的減少Ep_(重力加速度為g)(3)如果Ep_，則可認為驗證了機械能守恒定律解析：由于擋光條寬度很小，可將擋光條通過光電門時的平均速度視為瞬時速度答案：(1)9.3060.00(59.9660.04)(2)(Mm)()2(Mm)()2mgs(3)Ek2Ek132008·江蘇高考某同學利用如圖甲所示的實

19、驗裝置驗證機械能守恒定律弧形軌道末端水平，離地面的高度為H.將鋼球從軌道的不同高度h處靜止釋放，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s.(1)若軌道完全光滑，s2與h的理論關系應滿足s2_(用H、h表示)(2)該同學經實驗測量得到一組數據，如表所示：h/×101m2.003.004.005.006.00s2/×101m22.623.895.206.537.78請在坐標紙上作出s2h關系圖(3)對比實驗結果與理論計算得到的s2h關系圖線(圖乙中已畫出)，自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率_(選填“小于”或“大于”)理論值【來源：21·世紀·教育·

20、;網】(4)從s2h關系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率與理論值偏差十分顯著，你認為造成上述偏差的可能原因是_【版權所有：21教育】解析：(1)由機械能守恒有：mghmv2由平拋運動規(guī)律svt、Hgt2得：s24Hh.(2)根據表中數據描出s2h關系如圖所示(3)由圖看出在相同h下，水平位移s值比理論值要小，由svtv，說明水平拋出的速率比理論值小(4)水平拋出的速率偏小，說明有機械能損失，可能因為摩擦或在下落過程中鋼球發(fā)生轉動答案：(1)4Hh(2)見解析圖(3)小于(4)摩擦或轉動(回答一個即可)42013·江蘇揚州期中調研圖甲是驗證機械能守恒定律的實驗小圓柱由一根不可伸長的輕繩

21、拴住，輕繩另一端固定，將輕繩拉至水平后由靜止釋放在最低點附近放置一組光電門，測出小圓柱運動到最低點的擋光時間t，再用游標卡尺測出小圓柱的直徑d，如圖乙所示，重力加速度為g，則(1)小圓柱的直徑d_cm.(2)測出懸點到圓柱重心的距離l，若等式gl_成立，說明小圓柱下擺過程中機械能守恒(3)若在懸點O安裝一個拉力傳感器，測出繩子上的拉力F，則要驗證小圓柱在最低點的向心力公式還需要測量的物理量是_(用文字和字母表示)若等式F_成立，則可驗證小圓柱在最低點的向心力公式解析：(1)小圓柱的直徑d1.0 cm2×0.1 mm1.02 cm(2)根據機械能守恒定律得：mglmv2，所以只需驗證g

22、lv2()2，就說明小圓柱下擺過程中機械能守恒(3)若測量出小圓柱的質量m，則在最低點由牛頓第二定律得Fmgm，若等式Fmgm成立，則可驗證小圓柱在最低點的向心力公式答案：(1)1.02(2)()2(3)小圓柱的質量mmgm52013·山東濟寧一模在驗證機械能守恒的實驗中，某同學利用圖甲中器材進行實驗，正確地完成實驗操作后，得到一條點跡清晰的紙帶，如圖乙所示在實驗數據處理中，某同學取A、B兩點來驗證實驗已知打點計時器每隔0.02 s 打一個點，圖中測量結果記錄在下面的表格中項目x1/cmA點瞬時速度/(m·s1)x2/cmB點瞬時速度/(m·s1)AB兩點間距離/cm數據3.920.9812.8050.00(1)觀察紙帶，可知連接重物的夾子應夾在紙帶的_端(選填“左”或“右”)；(2)將表格中未填項目填寫完整；(3)若重物和夾子的總質量為0.6 kg，那么在AB運動過程中，動能的增加量為_J，重力勢能減少量為_J.解析：(1)重物剛開始運動，速度較小，點跡比較密集，故夾子應夾在紙帶的左端；(2)vB3.20 m/s；(3