- 验证机械能守恒定律
- 共364题
（1）验证“力的平行四边形法则”实验如图所示，A为固定橡皮的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB、OC为细绳子，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．图甲中弹簧秤B的读数为______N；图乙中的F和两力中，方向一定沿OA方向的是______；本实验采用的科学方法是______．
A．理想实验法B．等效替代法C．控制变量法D．建立物理模型法
（2）某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔0.05s闪光一次，图丙中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表（当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m=0.2kg，结果保留三位有效数字）：
①由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5=______m/s．
②从t2到t5时间内，重力势能增量△Ep=______J，动能减少量△Ek=______J．
③在误差允许的范围内，若△Ep与△Ek近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上述计算得△Ep______△Ek（选填“＞”“＜”或“=”），造成这种结果的主要原因是______．
正确答案
（1）图甲中弹簧秤B的读数为：11N+0.40N=11.40N；
F1与F2的合力的实际值为一个弹簧拉绳套时的弹簧的弹力大小和方向，而理论值是通过平行四边形定则得到的值F′．因此方向一定沿AO方向的是F．
该实验中采用的科学方法是等效替代法．故B正确，A、C、D错误．
（2）①在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，所以有：
v5=
②根据重力做功和重力势能的关系有：
△Ep=mg（h2+h3+h4）=0.2×10×（26.68+24.16+21.66）×10-2J=1.42J
在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，所以有：
v2=
△Ek=
③由上述计算得△Ep＜△Ek，由于纸带和打点计时器的摩擦以及空气阻力的存在，导致动能减小量没有全部转化为重力势能．
故答案为：（1）①11.4；②F； ③B；（2）①4.08；②1.42；1.46③＜；由于纸带和打点计时器的摩擦以及空气阻力的存在．
某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验，实验装置如图所示，图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器．实验时测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t1，通过B的挡光时间为t2．为了证明小物体通过A、B时的机械能相等，还需要进行一些实验测量和列式证明．
①（单选）选出下列还需要的实验测量步骤______
A．用天平测出运动小物体的质量m
B．测出A、B两传感器之间的竖直距离h
C．测出小物体释放时离桌面的高度H
D．用秒表测出运动小物体通过A、B两传感器的时间△t
②若该同学用d和t的比值来反映小物体经过A、B光电门时的速度，并设想如果能满足______关系式，即能证明在自由落体过程中小物体的机械能是守恒的．
正确答案
①A、根据机械能守恒的表达式，可知不需要测量质量，A错误；
B、实验中需要测量从A到B过程中重力势能的减小量，因此需要测量AB之间的距离h，故B正确；
C、测出AB之间的距离h，不需要测量小物体释放时离桌面的高度H，故C错误；
D、根据机械能守恒定律的表达式，可知不需要测量小物体通过A、B两传感器的时间△t，故D错误．
故选B．
②本实验中利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故有：vA=
根据mgh=
可得：(
故答案为：(
在用自由落体运动做“验证机械能守恒定律”实验中，用天平称得重物的质量为m=0.5kg，所用电源的频率为50Hz，某同学通过正确的实验操作得到了一条理想的纸带．纸带上打出的点如图所示（纸带上的O点是第一个打印点，A、B、C、D、E分别是每打两个点的时间作为计时单位取的记数点，图中数据单位为毫米），已知当地的重力加速度g=9.8m/s2．选择B点为初始点，D点为终点，则从打下B点到打下D点的过程中，重物的重力势能的减少量为△Ep=______J；重物动能的增加量为△Ek=______J；但实验中总存在△Ep______△Ek（填：小于、等于、大于）．（取3位有效数字）
正确答案
重物由B点运动到D点时，
重物的重力势能的减少量△Ep=mgh=0.5×9.8×（0.3815-0.195）J=0.914J．
利用匀变速直线运动的推论
vB=
EkB=
vD=
EkD=
△Ek=EkD-EkB=0.909 J
由于系统受到阻力的原因，所实验中总存在△Ep 大于△Ek．
故答案为：0.914，0.909，大于．
在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m=1kg的物体自由下落，得到如下图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为0.04s．那么从打点计时器打下起点O到打下B点的过程中，物体重力势能的减少量△Ep=______J，此过程中物体动能的增加量△Ek=______J．由此可得到的结论是______．（g=9.8m/s2，保留三位有效数字）
正确答案
重力势能减小量等于△Ep=mgh=1×9.8×0.2325J=2.28 J．
利用匀变速直线运动的推论
vB=
EkB=
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：2.28，2.26，在误差允许范围内，重物下落的机械能守恒．
某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，重物质量m=1kg，当地重力加速度大小为g=9.80m/s2．实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示，纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值．回答下列问题（以下计算结果均保留3位有效数字）：
（1）打点计时器打B点时，重物速度的大小vB=______m/s；
（2）根据以上数据，可知重物由O点运动到B点的过程中，重力势能的减少量等于______J，动能的增加量等于______J．重力势能的减少量大于动能的增加量的原因是______．
正确答案
（1）打点计时器周期为0.02s，B点的速度为：vB=
（2）重物由O点运动到B点的过程中，重力势能的减少量为：△EP=mgh=1×9.8×0.7875=7.70J；
增加的动能为：△Ek=
由于有阻力做功，故减少的重力势能大于增加的动能．
故答案为：
（1）3.90；
（2）7.70J，7.61J；阻力做负功．
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