- 实验：验证机械能守恒定律
- 共364题
机械能守恒定律是高中物理中的重要定律．在“验证机械能守恒定律”的实验中：
（1）下列说法正确的是______．
A．要先用天平称重物的质量
B．先松开纸带让重物下落再接通电源
C．先接通电源让打点计时器打点稳定后再松开纸带让重物下落
D．要把打点计时器竖直架稳
（2）利用本实验可进一步测量当地的重力加速度．选好符合要求的纸带，测量起点到各点的距离h．并计算出各点的速度v，以h为纵轴，以
正确答案
（1）A：由mgh=
B、C：试验时应先接通电源让打点计时器打点稳定后松开纸带让重物下落，故B错误，C正确．
D：为减小打点计时器与纸带间的摩擦力，故打点计时器应竖直架稳，故D正确．
故选：CD
（2）由mgh=
故答案为：（1）CD
（2）g=
某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．
（1）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？______．
（2）如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d=______cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间△t=1.2×10-2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为______m/s．在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、______和______（文字说明并用相应的字母表示）．
（3）本实验通过比较______和______在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒．
正确答案
（1）当气垫导轨接通电源后，导轨可以认为是光滑的，判断是否水平的方法是：接通电源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的（或轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动）．
（2）游标卡尺主尺读数为0.5cm，游标尺上第2个刻度与主尺上某一刻度对齐，则游标读数为2×0.1=0.2mm=0.02cm，所以最终读数为：0.5cm+0.02cm=0.52cm；
由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度，因此滑块经过光电门时的瞬时速度为：v=
根据实验原理可知，该实验中需要比较重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即可判断机械能是否守恒，故需要测量的物理量为：滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，滑块的质量M．
（3）钩码和滑块所组成的系统为研究对象，其重力势能的减小量为mgs，系统动能的增量为：
d
△t
)2，因此只要比较二者是否相等，即可验证系统机械能是否守恒．
故答案为：（1）接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的（或轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动）．
（2）0.52； 0.43；滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s；滑块的质量M；
（3）mgs； 
验证机械能守恒定律的实验采用重物由静止自由下落的方法：
（1）若实验中所用重锤质量m=1kg，打点纸带如图所示（O点为自由下落的起始点），打点时间间隔为0.02s，则记录D点时，重锤的速度vD=______，重锤动能EKd=______．从开始下落起至D点，重锤的重力势能减少量是______，因此可得出的结论是______．（结果均保留三位小数）
（2）根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以
正确答案
（1）因为重锤做的是匀变速直线运动，故D点的速度等于CE两点的平均速度：
vD=
EKd=
重力势能减少量是：mgh=1×10×32.72×10-3=0.301J
减少的重力势能和增加的动能几乎相等，故结论是：在忽略阻力的情况下，重锤机械能守恒
（2）由mgh=
故答案为：（1）0.768；0.295；0.301
（2）C
验证机械能守恒定律的实验采用重物由静止自由下落的方法：
（1）若实验中所用重锤质量m=1kg，打点纸带如图所示（O点为自由下落的起始点），打点时间间隔为0.02s，则记录D点时，重锤的速度vD=______，重锤动能EKd=______．从开始下落起至D点，重锤的重力势能减少量是______，因此可得出的结论是______．（结果均保留三位小数）
（2）根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以
正确答案
（1）因为重锤做的是匀变速直线运动，故D点的速度等于CE两点的平均速度：
vD=
EKd=
重力势能减少量是：mgh=1×10×32.72×10-3=0.301J
减少的重力势能和增加的动能几乎相等，故结论是：在忽略阻力的情况下，重锤机械能守恒
（2）由mgh=
故答案为：（1）0.768；0.295；0.301
（2）C
“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法（保留三位小数，取重力加速度g=10 m/s2）
（1）下列器材中不必要的是______（只需填字母代号）
A．重物B．纸带C．天平D．电源
（2）若实验中所使用的重物质量为m=1kg，打点纸带如图所示，数据都从同一点O开始测量，A、B、C为连续的三个点，若以起始点O点为参考点，打点计时间隔为0.02s，则记录B点时，重物的速度vB=______m/s，重物的动能为Ek=______；从开始下落到B点，重物的重力势能改变量是△EP=______，因此，可以得出的结论是______．
正确答案
（1）根据重物下落过程中机械能守恒的表达式可知，物体的质量可以约掉，因此本实验中不需要天平，故ABD错误，故C正确．
故选C．
（2）B点的速度为：vB=
重物的动能为：Ek=
重力势能的该变量为：mghOB=0.181（J）
由于重物下落时克服阻力做功，因此重力势能减小量略大于动能增加量，故在误差范围内机械能守恒．
故答案为：0.600m/s，0.180J，0.181J，误差范围内机械能守恒．
与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况是常用的计时仪器．如图（甲）所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置．现利用如图（乙）所示的装置验证“机械能守恒定律”．方法是：在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平放置的气垫导轨上，通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连，连接好1、2两个光电门．在图示位置释放滑块后，光电计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的时间分别为△t1、△t2．已知滑块（含遮光板）质量为M、钩码质量为m、两光电门间距为s、遮光板宽度为L（L远远小于s）、当地的重力加速度为g．
（1）计算滑块上的遮光板先后通过两个光电门时的瞬时速度的表达式：v1=______，v2=______（用题目中给定的字母表示）
（2）本实验中验证机械能守恒的表达式为______（用题目中给定的字母表示）
正确答案
滑块通过光电门1的瞬时速度v1=
系统重力势能的减小量为mgs，系统动能的增加量为
L
△t1
)2．
则验证的机械能守恒的表达式为mgs=
故答案为：（1）v1=
（2）mgs=
某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图（a）所示．向左推小球，使弹黄压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面．通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．
回答下列问题：
（1）本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等．已知重力加速度大小为g．为求得Ek，至少需要测量下列物理量中的______（填正确答案标号）．
A．小球的质量m B．小球抛出点到落地点的水平距离s
C．桌面到地面的高度h D．弹簧的压缩量△x
E．弹簧原长l0
（2）用所选取的测量量和已知量表示Ek，得Ek=______．
（3）图（b）中的直线是实验测量得到的s-△x图线．从理论上可推出，如果h不变，m增加，s-△x图线的斜率会______（填“增大”、“减小”或“不变”）；如果m不变，h增加，s-△x图线的斜率会______（填“增大”、“减小”或“不变”）．由图（b） 中给出的直线关系和Ek的表达式可知，Ep与△x的______次方成正比．
正确答案
解（1）由平抛规律可知，由水平距离和下落高度即可求出平抛时的初速度，进而可求出物体动能，所以本实验至少需要测量小球的质量m、小球抛出点到落地点的水平距离s、桌面到地面的高度h，故选ABC．
（2）由平抛规律应有h=
（3）若取弹簧原长为零势面，则弹簧的弹性势能可表示为
故答案为（1）ABC
（2）
（3）减小，增大，2
在利用电磁打点计时器（所用电源的频率为50Hz）“验证机械能守恒定律”的实验中：
（1）某同学用图甲所示的装置进行实验，得到如图乙所示的纸带，把第一个点（初速度为零）记作O点，测出点O、A间的距离为68.97cm，点A、C间的距离为15.24cm，点C、E间的距离为16.76cm，已知当地的重力加速度为9.80m/s2，重锤的质量为1.00kg，则打点计时器在打O点到C点的这段时间内，重锤动能的增加量为______J（保留三位有效数字），重力势能的减少量为______J（保留三位有效数字）；
（2）利用这个装置还可以测量出重锤下落的加速度a=______m/s2；
（3）在实验中发现，重锤减小的重力势能总大于重锤增大的动能，其原因主要是因为在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用，用题目中的相关数据可以求出重锤下落过程中受到的平均阻力大小为______N．
正确答案
（1）C点的速度等于AE段的平均速度，vC=
则动能的增加量△Ek=
重力势能的减小量△Ep=mgh=9.8×（68.97+15.24）×10-2=8.25J．
（2）根据△x=aT2得，a=
（3）根据牛顿第二定律，有：mg-f=ma
解得：f=m（g-a）=1×（9.8-9.5）=0.3N
故答案为：（1）8.00；8.25；（2）9.5；（3）0.3．
（1）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“研究平抛物体的运动”的实验中，必须要用秒表测出平抛物体的运动时间
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、在测量电动势和内阻的实验中，最好使用新电池．
（2）在用自由落体法“验证机械能守恒”的实验中：
（a）甲同学上交的实验报告中，显示重锤增加的动能略大于重锤减少的重力势能，则出现这一问题的可能原因是______
A．重锤的质量测量错误
B．用公式vt=gt计算各点的速度
C．直流电源的电压太小
D．重锤下落时受到的阻力过大
（b）乙同学实验所用重锤的质量m=1.0kg，打点记时器的频率为50Hz，打下的纸带如图所示（图中的数据为从起点O到该点的距离），则在打B点时，重锤的动能EkB=______J，从开始下落到打B点时，重锤的重力势能减小量是______J（g=9.8m/s2，结果取两位有效数字）
正确答案
（1）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，利于实验中作图，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，这样才能把分力准确通过力的图示表示出来，故A正确．
B、在“研究平抛物体的运动”的实验中，小球每次从斜槽上同一位置静止释放，不需要用秒表测出平抛物体的运动时间．故B错误．
C、在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，弹簧不一定要水平使用，但是在使用的过程中要考虑弹簧所受重力对实验的影响，故C错误．
D、在测量电动势和内阻的实验中，最好使用内阻比较大的旧电池．故D错误．
故选：A
（2）A．需要验证的公式：△mgh=△EK=
B．用公式vt=gt计算各点的速度，有可能会使得速度的计算结果偏大．故B正确；
C．电火花打点计时器使用交流电，故直流电源错误．故C错误；
D．重锤下落时受到的阻力过大，由于重锤下落时要克服阻力做功，有内能产生，根据能量守恒定律知，该实验的动能增量总是小于重力势能的减小量．
故D错误．
故选：B
（b）在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：vB=
EK=
重力势能减小量△Ep=mgh=1.0×9.8×0.0324J=.032J．
故答案为：（1）A；（2）（a）B；（b）0.31；0.32
（1）在“验证机械能守恒定律”的实验中，同学们选取了下述器材：①打点计时器（或电火花计时器） ②纸带和复写纸片 ③带铁夹的重锤 ④铁架台（带铁架） ⑤导线若干 ⑥天平．该同学多选了______，漏选了______和______．
（2）质量为1kg的重锤自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源为50Hz的交流电源，纸带上O点为重锤自由下落时纸带打点的起点，选取连续的几个点为计数点A、B、C、D．各计数点与O点距离如图所示，单位为mm，重力加速度为9.8m/s2，从开始下落算起，打点计时器记录B点时，重锤速度vB=______，重锤动能的增量△EkB=______，重锤势能减少△EP=______．
正确答案
（1）其中不必要的器材是：天平，因为我们是比较mgh 与
故答案为：天平，刻度尺，交流电源．
（2）根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度大小，因此有：
vB=
△Ek=
△EP=mgh=0.491J
故答案为：0.98；0.480；0.491．
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