- 实验：验证机械能守恒定律
- 共364题
（1）在验证机械能守恒定律的实验中，实验装置如图所示．实验要验证的是重物重力势能的减少量是否等于动能的增加量．以下步骤仅是实验操作中的一部分，请将必要的步骤挑选出来，并且按正确的顺序排列：______（填代号）．
A．把打点计时器固定在铁架台上，并用导线把它和交流电源连接起来
B．用天平称出重锤的质量
C．把纸带的一端固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度
D．用秒表测出重锤下落的时间
E．释放纸带
F．重复几次，得到3～5条符合要求的纸带
G．接通电源
（2）根据纸带算出相关各点的速度v，测量出由静止开始下落的距离h，以
正确答案
（1）在本实验中由于采用了打电计时器，故不需要有用秒表；在数据处理中，质量m可以约去，故质量也不需要测量，只需验证gh=
而在实验中应先安装仪器，再进行实验； 同时还要注意先接通电源再放纸带； 本实验中应多次测量，故实验中的步骤应为：ACGEF；
（2）本实验需要验证gh=
故答案为：（1）ACGEF；（2）B，当地的重力加速度（或g）．
在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所接交流电频率为50Hz，当地重力加速度g=9.8m/s2．实验选用重锤质量为0.1kg，从所打纸带中选择一条合适的纸带，此纸带第1、2点间的距离接近______．纸带上连续的点A、B、C、D至第1个点O的距离如图所示，则重锤从O运动到C，重力势能减少______ J（小数点后保留两位数字）．其动能增加______J（小数点后保留两位数字）．
正确答案
由自由落体运动规律可知第1、2两点间距离为x=
重锤从O运动到C减少的重力势能为
打C点时的速度为
故答案为2mm，0.55，0.54
如图所示甲、乙两图都是用来“验证机械能守恒定律”的装置示意图，已知该打点计时器的打点频率为50Hz．重力加速度为g
（1）甲、乙两图相比较，______图所示的装置较好．
（2）重物由静止开始下落距离h获得速度v，如果以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的v2-h图线是______，该线的斜率是______．
正确答案
（1）因为用夹子固定纸带，可以避免乙图中用手握住纸带的弊端，一方面，由于手的抖动会造成纸带上的第一个点迹被拖长或位置不能确定；另一方面，用夹子固定纸带，便于将纸带调整为竖直方向，以避免纸带与打点计时器限位孔之间产生过大的摩擦．甲、乙两图相比较，甲图所示的装置较好．
（2）重物由静止开始下落距离h获得速度v，根据动能定理得
mgh=
即v2=2gh
所以v2-h图线是过原点的倾斜直线（或正比例函数图象等），该线的斜率是 2g
故答案为：（1）甲
（2）过原点的倾斜直线（或正比例函数图象等），2g．
某同学用如图所示的装置利用“落体法”，测定当地的重力加速度，已知打点计时器电源频率为50Hz，请完成以下问题：
（1）该同学选用电火花打点计时器进行打点，电磁打点计时器是一种使用______电源的计时仪器，其工作电压为______ （填入正确选项前的字母）
A．直流B．交流C．4-6V D．220V
（2）打出的纸带如图所示，实验时纸带的______端过夹子和重物相连接．（选填“甲”或“乙”）
（3）纸带上1至9各点为打点计时器打出的点，由纸带所示数据可算出实验时的重力加速度g=______m/s2．
（4）当地的重力加速度数值为9.8m/s2，请列出测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因______．
正确答案
（1）考查两种打点计时器使用的电源：电磁打点计时器：交流4-6V，电火花打点计时器：交流220V
本题使用的是电磁打点计时器，故选：B；C
（2）重物下落时做匀加速运动，故纸带上的点应越来越远，故应该是乙端连接重物．
（3）设78两点间的位移为x1，则23两点间的位移是x6，由匀加速运动的推论：xm-xn=（m-n）at2得：
（3.92-2.04）×10-2=a×0.022解得：a=9.4m/s2
（4）测出的加速度一般要小于当地的重力加速度，原因是重物下落时做的不是真正的自由落体运动，下落过程中要受到空气阻力影响和纸带与限位孔的摩擦阻力的影响．
故答案为：（1）B；C
（2）乙
（3）9.4m/s2
（4）空气阻力影响和纸带与限位孔的摩擦阻力的影响．
“验证机械能守恒”的实验中
（1）下面叙述正确的是______
A．应该用天平称出重锤的质量
B．应该选用点迹清晰、特别是第1、2点间距离接近2mm的纸带
C．操作时应先通电再释放纸带
D．打点计时器应接在电压为4V-6V的直流电源上
（2）选出一条纸带如图所示，其中O点为起始点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以50HZ交流电，用最小刻度为mm的刻度尺，测得OA=11.13cm，OB=17.69cm，OC=25.9cm．这三个数据中不符合有效数字要求的是______，应该写成______cm．
（3）在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1㎏，根据以上数据当打点针打到B点时，重锤的重力势能比开始下落时减小了______J，这时它的动能是______J，g取9.8m/s2．由此得到的结论是______．
正确答案
（1）A、由mgh=
B、根据自由落体运动规律应有h=
C、使用打点计时器时都应先接通电源再释放纸带，这样可以减小实验误差，所以C正确；
D、电磁打点计时器应使用4-6V的交流电源，所以D错误
故选BC．
（2）根据刻度尺的读数要求可知，应估读到0.1mm即0.01cm，所以不符合要求的是25.9cm，应写成25.90cm．
（3）重锤减少的重力势能为
故答案为（1）BC，（2）25.9，25.90，（3）1.734，1.704，在忽略误差的情况下，重锤的机械能守恒
在“验证机械能守恒定律”的实验中，如果纸带上前面几点比较密集，不够清楚，可舍去前面比较密集的点，在后面取一段打点比较清楚的纸带，同样可以验证．如图所示，取O点为起始点，各点的间距已量出并标注在纸带上，所用交流电的频率为50Hz，g取10m/s2，重锤的质量为m（设m=1kg），
（1）打A点时，重锤下落的速度为vA=______，重锤的动能EkA=______；
（2）打F点时，重锤下落的速度为vF=______，重锤的动能EkF=______；
（3）从打点计时器打下A点开始到打下F点的过程中，重锤重力势能的减少量△EP=______，动能的增加量为△Ek=______；
（4）根据纸带提供的数据计算，在误差允许的范围内，重锤从打点计时器打A开始到打出F点的过程中，得到的结论是______．
正确答案
（1）A点的瞬时速度等于OB段的平均速度，则打A点时重锤下落的速度为vA=
（2）F点的瞬时速度等于EG段的平均速度，则打F点时，重锤下落的速度为vF=
（3）从打点计时器打下A点开始到打下F点的过程中，重锤重力势能的减少量△EP═mg•AF=1.781J，动能的增加量为△Ek=EKF-EKA=1.755J．
（4）重锤动能的增加量略小于重力势能的减少量，是由于阻力存在的缘故，若剔除误差，认为在实验误差允许的范围内，△Ep=△Ek，即机械能守恒．
故本题答案是：（1）1.30m/s；0.845J；
（2）2.28m/s；2.60J；
（3）1.781J；1.755J；
（4）△Ep=△Ek，即重锤下落过程机械能守恒．
动能和势能转化规律的实验中，测得如下数据：（m=0.02kg）
（1）将表格中空缺处数据填上．
（2）实验中机械能出现减小的趋势，请分析产生误差的可能原因．（请写出一个可能原因）______．
正确答案
（1）根据Ek=
重力势能Ep=mgh=0.02×10×0.06J=0.012J．机械能E=Ek+Ep=0.023J．
（2）实验中出现机械能减小的趋势，是因为实验中空气阻力做功，使得机械能减小．
故答案为：（1）0.76，0.012，0.023
（2）实验中存在空气阻力．
做《验证机械能守恒定律》的实验中，纸带上打出的点如图所示，若重物的质量为m千克，图中点P为打点计时器打出的第一个点，则
（1）打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB=______m/s，
（2）从起点P到打下点B的过程中，重物的重力势能的减小量△EP=______J，重物的动能的增加量△EK=______J．
（3）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______． （打点计时器的打点周期为0.02s，g=9.8m/s2，小数点后面保留两位）
正确答案
（1）利用匀变速直线运动的推论
vB=
（2）重力势能减小量△Ep=mgh=9.8×0.0501m J=0.49m J．
EkB=
△Ek=EkB-0=0.48m J
（3）在误差允许的范围内，可认为减小的重力势能等于增加的动能，故说明重物下落时机械能守恒
故答案为：（1）0.98
（2）0.49m，0.48m
（3）重物下落的机械能守恒
“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图示的甲或乙方案来进行
（1）比较这两种方案，______（填“甲”或“乙”）方案好些；
（2）该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带．请指出该同学在实验中存在的两处明显错误或不当的地方：
①______；②______．
（3）某同学通过实验方案甲验证机械能守恒，已知当地重力加速度g=9.80m/s2．实验选用重锤质量为0.5kg，纸带上连续的点A、B、C、D至O点的距离如丁图所示（O点为开始下落点），则重锤从O运动到C，重力势能减少______J，重锤经过C时，其动能增加______J．
正确答案
（1）机械能守恒的前提是只有重力做功，实际操作的方案中应该使摩擦力越小越好，误差小，操作方便，乙方案中小车受斜面的摩擦力影响较大，故甲方案好一些．
故答案为：甲．
（2））由图可知，丙图中打点计时器接直流电源，打点计时器应接交流电源，重物释放时离打点计时器太远，不利于数据的采集和测量．
故答案为：打点计时器接了直流电源，重物离打点计时器太远了．
（3）重力势能的减小等于重力做功大小，因此有：△EP=mgh=0.5×9.8×0.561J≈2.75J
匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，因此有：
vC=
动能的变化量为：△Ek=
故答案为：2.75，2.73．
在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器打点的频率为50Hz，待打点计时器稳定打点后，释放重物，使它带动纸带下落，打点计时器在纸带上打出一系列点迹，如图所示，其中O点为第一个点，A．B．C．D为4个连续的点，量出它们到O点的距离分别是62.99cm，70.18cm，77.76cm，85.73cm．已知重物质量m=1.00kg，重力加速度g=9.80m/s2．（下面都要求三位有效数字）从O点运动到C点的过程中，重力势能的减少量是______J，动能的增加量是______J．可以得出实验结论______
正确答案
重物由O点运动到C点时，重物的重力势能的减少量△Ep=mgh=1.0×9.8×0.7776 J=7.62J．
利用匀变速直线运动的推论
vC=
EkC=
由上可知，在误差允许的范围内物体的机械能守恒．
故答案为：7.62；7.57；在误差允许的范围内物体的机械能守恒．
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