- 实验：验证机械能守恒定律
- 共364题
用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律．
（1）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．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
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．
其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是______．（将其选项对应的字母填在横线处）
（2）如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为s1，点CE间的距离为s2，打点记时器的打点周期为T，根据这些条件计算①起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能的减少量为△EP=______，重锤动能的增加量为△EK=______；②由于误差的存在，△EP______△EK （该空填“大于”“小于”或者“等于”）
正确答案
（1）B、应将打点计时器接到电源的“交流输出”上，故B错误．
C、因为我们是比较mgh、
D、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差．故D错误．
故选BCD．
（2）重力势能减小量△Ep=mgh=mg（s0+s1）
利用匀变速直线运动的推论
vC=
EkC=
s1+ s2
4T
)2
重锤动能的增加量为△EK=EkC-0=
s1+s2
4T
)2
由于纸带通过时受到阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量．
所以△EP大于△EK
故答案为：（1）BCD
（2）mg（s0+s1），
s1+s2
4T
)2，大于．
一位同学做“用自由落体运动验证机械能守恒定律”
1）现有下列器材可供选择：A．铁架台、B．电磁式打点计时器、C．复写纸、D．纸带、E．天平、F．秒表、G．导线、H．开关、I．重物．其中不必要的器材是______（填相应的序号），缺少的器材是______．
2）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，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，重锤经过C时的速度为______m/s．其动能增加______J（保留两位有效数字）．
3）实验结论：______．
正确答案
（1）其中不必要的器材是：
E、因为我们是比较mgh、
F、不需要秒表，打点计时器本身可以表示出时间．
缺少的器材是：低压交流电源、刻度尺
（2）重力势能减小量△Ep=mgh=0.1×9.8×0.561m J=0.55 J．
利用匀变速直线运动的推论得：
vC=
EkC=
△Ek=EkC-0=0.54 J
（3）重锤从O运动到C，重力势能减少量略大于动能的增加量，所以在误差允许范围内，物体下落过程中机械能守恒．
答：（1）EF；低压交流电源、刻度尺
（2）0.55； 3.3； 0.54
（3）在误差允许范围内，物体下落过程中机械能守恒．
在“验证机械能守恒定律”实验中，打出的纸带如下图所示．设重锤质量为m，交变电源周期为T，则打第4点时重锤的动能可以表示为______．
为了求起点0到第4点重锤的重力势能变化，需要知道重力加速度g的值，这个g值应该是______（填选项的序号即可）
A．取当地的实际g值 B．根据打出的纸带，用△S=gT2求出
C．近似取10m/s2即可 D．以上说法均不对．
正确答案
利用匀变速直线运动的推论
v4=
Ek4=
h5-h3
T
)2
实验的目的是验证机械能守恒，所以求解重力势能变化需要的g应取当地的实际g值．如果采用△S=gT2求解，那么求出来的只是运动的加速度．故选A．
在验证机械能守恒定律的实验中，质量为m的重锤拖着纸带下落，在此过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点．在纸带上选取五个相邻计数点A、B、C、D和E，相邻计数点时间间隔为T，如图所示．其中0为重锤开始下落时记录的点，各计数点之间的距离如图7所示，当地重力加速度g．
（1）打点计时器打下计数点B时，重锤下落的速度vB=______，打点计时器打下计数点D时，重锤下落的速度vD=______．
（2）从打下计数点B到打下计数点D的过程中，重锤重力势能减小量△EP=______，重锤动能增加量△EK=______．
（3）在误差允许范围内，通过比较______就可以验证重锤下落过程中机械能守恒了．
正确答案
（1）：利用匀变速直线运动的推论
vB=
vD=
（2）根据重力势能的定义式得出：
从打下计数点B到打下计数点D的过程中，重锤重力势能减小量△EP=mgh=mg（S2+S3）
△EK=EkD-EkB=
（3）在误差允许范围内，通过比较△EP和△EK大小是否相等就可以验证重锤下落过程中机械能守恒了．
故答案为：（1）
（2）mg（S2+S3），
（3）△EP和△EK大小是否相等
（1）在“探究力的平行四边形定则”的实验中，用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳另一端系着绳套B、C（用来连接弹簧测力计）．其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳．
①在实验中，如果只将细绳换成橡皮筋，其它步骤没有改变，那么实验结果______（填“会”或“不会”）发生变化．
②本实验采用的科学方法是______
A．理想实验法
B．控制变量法
C．等效替代法
D．建立物理模型法
（2）在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器接在电压为U，频率为f的交流电源上，从实验中打出的几条纸带中选出一条理想纸带，如图所示，选取纸带上打出的连续5个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点的距离为S0，点AC间的距离为S1，点CE间的距离为S2，已知重锤的质量为m，当地的重力加速度为g，则：
①起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能的减少量为△EP=______，重锤动能的增加量为△EK=______；
②根据题中提供的条件，还可利用重锤下落求出当地的重力加速度g=______，经过计算可知，测量值比当地重力加速度的真实值要小，其主要原因是：______．
正确答案
（1）①细绳的作用：做实验的过程中用铅笔在细绳的正下方描上两点，在作图过程中将两点连成直线即表示力的方向，如果只将细绳换成橡皮筋，其它步骤没有改变，那么换上的橡皮筋起到的效果与原来细绳的效果相同，所以实验结果不会发生变化．
②本实验采用“等效法”，即要求两次拉橡皮筋的效果相同，故选C．
故答案为：①不会，②C．
（2）①重锤重力势能的减少量为△EP=mg（s0+s1）．
打C点重锤的速度vC=
重锤动能的增加量为△Ek=
②由逐差法△x=aT2得：
g=
由于纸带与限位孔之间摩擦力作用、重物受到空气阻力等影响．
故答案为：①mg（s0+s1），
在“验证机械能守恒定律”的一次实验中，质量m=1kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示（相邻记数点时间间隔为0.02s），那么：
（1）纸带的______（用字母表示）端与重物相连；
（2）打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB=______m/s；
（3）从起点P到打下计数点B的过程中物体的重力势能减少量△EP=______J，此过程中物体动能的增加量△Ek=______J；（g取9.8m/s2，保留两位小数）
（4）通过计算，数值上△EP______△Ek（填“＜”、“＞”或“=”），这是因为______；
（5）实验的结论是：______．
正确答案
（1）与重物相连的纸带一端应该先打出点，先打出点的速度较小，从纸带图上可以看出是P点．
（2）利用匀变速直线运动的推论vt2=
vB=
EkB=
（3）重力势能减小量△Ep=mgh=1×9.8×0.0501J=0.49J．
（4）＞，由于存在摩擦阻力，所以有机械能损失．
（5）由于重力势能减小量略大于动能的增加量，在误差允许范围内，重物下落的机械能守恒．
故答案为：（1）P
（2）0.98
（3）0.49，0.48
（4）＞有机械能损失
（5）在误差允许范围内，重物下落的机械能守恒．
（1）有一游标卡尺，主尺的最小分度是1mm，游标上有20个小的等分刻度．用它测量一小球的直径，如图甲所示的读数是______mm．用螺旋测微器测量一根金属丝的直径，如图乙所示的读数是______mm．
（2）某同学用如图所示的装置测定重力加速度：
①打出的纸带如图所示，实验时纸带的______端应和重物相连接．（选填“甲”或“乙”）
②纸带上1至9各点为计时点，由纸带所示数据可算出实验时的加速度为______ m/s2．
正确答案
（1）游标卡尺的主尺读数为10mm，游标读数为0.05×10mm=0.50mm，所以最终读数为：10mm+0.50mm=10.50mm．
螺旋测微器的固定刻度读数为1.5mm，可动刻度读数为0.01×23.1mm=0.231mm，所以最终读数为：0.5mm+0.231mm=0.731mm，由于需要估读0.730mm～0.732mm之间均可均可．
故本题答案为：10.50；0.731（0.730～0.732）mm
（2）①重物带着纸带做加速直线运动，因此所打点之间的距离越来越大，故重物与纸带的乙端相连．
故答案为：乙．
②根据匀变速直线运动的特点有：
a=
故答案为：9.4．
某研究性学习小组用如图（a）所示装置验证机械能守恒定律。让一个摆球由静止开始从A位置摆到B位置，若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，即：
（1）根据图（b）可以确定小球平抛时的水平射程为______________cm.；
（2）用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0 =______________；
（3）用测出的物理量表示出小球从A到B过程中，重力势能的减少量ΔEP =______________，动能的增加量ΔEK=______________。
正确答案
（1）64.6～65.3
（2）x
（3）mg(h1－h2)，
某研究性学习小组用如图（a）所示装置验证机械能守恒定律。让一个摆球由静止开始从A位置摆到B位置，若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，即
（1）根据图（b）可以确定小球平抛时的水平射程为________________cm；
（2）用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0 = ________________；
（3）用测出的物理量表示出小球从A到B过程中，重力势能的减少量ΔEp = ________________，动能的增加量ΔEk = ________________。
正确答案
（1）65.0
（2）
（3）mg(h1－h2)，
某研究性学习小组用如图（a）所示装置验证机械能守恒定律。让一个摆球由静止开始从A位置摆到B位置，若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，即：
（1）根据图（b）可以确定小球平抛时的水平射程为____________ cm；
（2）用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0 = ____________；
（3）用测出的物理量表示出小球从A到B过程中，重力势能的减少量ΔEp = ____________，动能的增加量
ΔEk =_____________。
正确答案
（1）64.6～65.3
（2）x
（3）mg（h1－h2），
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