验证机械能守恒定律实验.docx
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验证机械能守恒定律实验
2013-2014高一下期末考试复习
复习要点：
验证机械能守恒定律实验
1、机械能守恒定律的表达式是怎样的？
2、本实验是利用自有落体运动来验证机械能守恒定律、其验证式是怎样的？
3、验证式成立需要测量哪些物理量？
各物理量如何测量？
4、依据本实验的数据重力势能的变化量一定等于动能的变化量吗？
如果不相等，哪一个变化量大？
5、本实验的误差来源于什么地方？
如何减少误差？
6、采用光电门来做本实验时，光电门有什么作用？
其验证式是怎样的？
针对性练习：
1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带（如图），把第一个点记作O，选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于______J，动能的增加量等于______J（取三位有效数字）．
2.在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s2，测得
所用重物的质量为1.00kg．
若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如上图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s）。
按要求将下列问题补充完整。
（1）纸带的________（左、右）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O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是△Ep=______________J，此过程中物体动能的增加量△Ek=_____________J；（计算结果保留两位有效数字）
（4）实验的结论是_______________________．
（5）下面列举了该实验的几个操作步骤（示意图如图）：
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端上；
C．用天平测量出重锤的质量；
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．测量纸带上打出的某些点之间的距离；
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.
指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上，并改正不恰当的步骤：
没有必要进行的的步骤是：
_______
操作不恰当的步骤是，改正为
操作不恰当的步骤是，改正为
3.在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器打点周期为T，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，则起始点O到打下C点的过程中：
①重锤重力势能的减少量为△EP＝。
②重锤在C点时的瞬时速度Vc=动能的增加量为△EK＝。
③正常来说△EP△EK（填“>”、“<”或“=”）
4.在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：
（1）有下列器材可供选用：
重锤，铁架台，天平，秒表，电磁打点计时器，复写纸，纸带，低压直流电源。
其中不必要的器材有 ；缺少的器材是。
实验中用打点计时器打出的纸带如下图所示，其中，A为打下的第1个点，C、D、E、F为距A较远的连续选取的四个点（其他点未标出）。
用刻度尺量出C、D、E、F到A的距离分别为s1=20.06cm，s2=24.20cm，s3=28.66cm，s4=33.60cm。
重锤的质量为m=1.00kg；打点周期为T=0.02s；实验地点的重力加速度为g=9.80m/s2。
为了验证打下A点到打下D点过程中重锤的机械能守恒，应计算出：
打下D点时重锤的速度v=__（用题予字符表达）=__m/s，重锤重力势能的减少量ΔEp=_（用题予字符表达）=____J，重锤动能的增加量
=____（用题予字符表达）=____J。
（小数点后保留2位有效数字）
5.在《验证机械能守恒定律》的实验中，质量为m的重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带通过打点计时器打出一系列点，对纸带上的点进行测量,就可以验证机械能守恒定律.
（1）如图所示,选取纸带上打出的连续A、B、C、D、E五个点，测出A点距起始点O的距离为s0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，交流电的频率为f，用以上给出的已知量写出C点速度的表达式:
vc=；在OC这段时间内，重锤的重力势能的减少量为；利用这个装置还可以测量重锤下落的加速度，则加速度的表达式为a=
（2）某同学上交的实验报告显示重锤的动能增加量略小于重锤的势能减少量，则出现这一问题的原因能是（填序号）．
A、重锤的质量测量错误B、该同学自编了实验数据
C、交流电源的频率不等于50HzD、重锤下落时受到的阻力过大
6.小昕所在的实验小组利用图a所示的实验装置验证机械能守恒定律，打出的纸带如图b所示，O点速度为零，A、B、C、D、E、F是打出的连续的点，已知交流电的周期为T，BC间距离为s1,CD间距离为s2,DE间距离为s3，EF间距离为s4。
（1）对于该实验，以下说法正确的是：
A.应该用天平测量重物的质量
B．应该用秒表测量重物下落的时间
C．选择重锤时，应该选择质量和体积都较大的
D．如果用电磁打点计时器，不能用4节干电池（一节干电池的电压为1.5V）供电，只能接4-6V的交流电源k
E．在作匀速圆周运动的“神舟十号飞船”中，“王亚平”可以用图a装置来验证机械能守恒定律
F.实验时，应该先闭合电源再松开纸带
G．实验时，要从几条打上点的纸带中挑选第一、第二两点之间的距离接近2cm且点迹清晰的纸带进行测量。
（2）小华所在的实验小组则用该实验装置来验证动能定理，若还知道当地的重力加速度为g,但纸带B之前的点（不包含B点）模糊不清，请用题目所给的条件，写出验证动能定理的符号表达式：
（用题干所给的符号表示）。
实际上，在实验中总有重力所做的功
（动能的变化量）（填“>,=，<”），其原因是：
。
（3）．小明所在的实验小组则用该实验装置，采用作图法来验证机械能守恒定律，如果以v2为纵轴，以h（h为各点到初始点O的距离）为横轴，下图ABCD选项中是四个同学根据实验数据绘出的v2—h图线，则正确的图像是：
，根据正确的v2—h图线，该图线的斜率等于
（4）.小红所在的实验小组则利用该实验装置打出的纸带，还测出当地的重力加速度，其符号表达式为g=（用题干所给的符号表示）。
7.
（1）图16为“验证机械能守恒定律”的实验装置，下列哪些说法是正确的（）
A．实验时应选用密度大体积小，并且下端有橡胶垫的重锤
B．实验时,当松开纸带让重锤下落同时,立即接通电源.
C．要选用第1、2点间距离接近2mm的纸带
D．实验结果总是动能的增量略大于重力势能的减小量.
E、纸带的上端用夹子夹住比用手拉住要好
（2）在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选择了一条合理的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图17所示，数值的单位是mm；图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分别是每打两个点取出的计数点。
设重物的质量为1kg，（当地重力加速度g=9.8m/s2.）
（1）重物从开始下落到计时器打B点时，减少的重力势能
=____________J。
（2）重物下落到计时器打B点时增加的动能
__________J（保留三位有效数字）
（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。
8.请按要求完成以下实验相关步骤：
（1）在《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，图中PA＝3.14cm,PB＝5.01cm,PC＝7.06cm，打点计时器的打点周期为0.02s，g=9.8m/s2。
则：
①从起点P到打下点B的过程中，重物的重力势能的减小量ΔEP=J，
重物的动能的增加量ΔEK=_______________J。
（小数点后面保留两位）
②由此得到的实验结论是：
____________________________________________。
（2）某学习小组做探究外力做功与物体动能变化的关系实验，在实验室组装了一套如图所示的装置，他们找到了打点计时器、学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙、天平和刻度尺等。
若你是小组中的一位成员，完成该项实验的两个步骤：
①当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上小沙桶时，先，再（填“释放沙桶”或“接通电源”），使滑块带动纸带在木板上运动；
②实验时认为合外力与沙桶的总重力大小基本相等，用天平称量滑块的质量为M，往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量为m，让沙桶带动滑块加速运动。
用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1＜v2）。
则本实验最终要验证的数学表达式为：
_____________________________________。
（用题中的字母表示实验中测量得到的物理量）
9.验证“机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法（g=9.8m/s2）：
（1）通过验证
来验证机械能守恒定律时，对纸带上起点的要求是____________；为此，所选择纸带的第一、二两点间距应接近______________。
（2）若实验中所用重锤质量m=1kg，打点纸带如图6所示，打点时间间隔为0.02s，则记录B点时，重锤的速度
=_________________，重锤动能
=_______________。
从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是______________，因此可得出的结论是：
____________________________________________________________________。
（3）根据纸带算出相关各点的速度
，量出下落距离h，则以
为纵轴，画出的图像应是图7中的___________，图线的斜率表示_________。
10.用如图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及相关计算，即可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．
（2）若实验中得到一条纸带，数据如图,0是纸带上的第一个点，1、2、3是纸带上连续的三个点。
当地的重力加速度为g,打点计时器的周期为T。
设重锤质量为m。
要验证0至2的机械能守恒，则本实验最终要验证的数学表达式为。
（用题中及图中所给字母表示）
11.验证“机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法（g=9.8m/s2）：
（1）通过验证
来验证机械能守恒定律时，对纸带上起点的要求是____________；为此，所选择纸带的第一、二两点间距应接近______________。
（2）若实验中所用重锤质量m=1kg，打点纸带如图6所示，打点时间间隔为0.02s，则记录B点时，重锤的速度
=_________________，重锤动能
=_______________。
从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是______________，因此可得出的结论是：
____________________________________________________________________。
（3）根据纸带算出相关各点的速度
，量出下落距离h，则以
为纵轴，画出的图像应是图7中的___________，图线的斜率表示_________。
12.在验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点．如图所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点（其他点未画出）．已知打点计时器每隔0.02s打一次点，当地的重力加速度g=9.80m/s2．那么：
①根据图上所得的数据，应取图中O点和点来验证机械能守恒定律
②从O点到所取点，重物的重力势能减少量
=J，动能增加量
=J；（结果取3位有效数字）
13.用如图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，对纸带上的点迹进行测量，即可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．先释放纸带，再接通电源，打出一条纸带；
E．用秒表测出重锤下落的时间；
F．测量纸带上某些点间的距离；
G．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步骤是：
_________（填选项）
其中操作错误的步骤是：
_________（填选项）应改为_________（填选项）应改为
（2）实验打出的纸带，如图4所示，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，打点周期为T。
若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，重锤的质量用m表示，实验要验证从O点到C点机械能守恒，只需验证即可。
（要求用题
（2）中给出的符号填写表达式）
14.某同学设计的“验证机械能守恒定律”实验，操作步骤有：
将打点计时器固定在铁架台上；②松开纸带，重物自由下落；③更换纸带，重复实验几次；④接通电源，打点计时器开始工作；⑤将连接重物的纸带穿过打点计时器．实验操作顺序正确的是
A．①②③④⑤B．⑤④①③②C．①⑤④②③D．④⑤①②③
15.实验室有：
A、电磁打点计时器B、电火花计时器C．低压交流电源（周期为T），利用这些器材做“验证机械能守恒定律”实验。
①为减小误差，计时器应选取（填代号）．要完成实验，还必需增加的器材是；
②图乙是实验得到一条打点清晰的纸带，测得第1、2两个点间的距离明显大于2mm，造成这种现象的原因是。
③甲同学用
求第n点的速度，乙同学用
求第n点的速度。
你认为同学是正确的，另一同学错误的原因是；
④根据正确的同学的实验数据作出图所示的V2－h图像，则由图求得重锤下落的加速度
a=m/s2。
此加速度在误并非的范围内与当地重力加速度相等，所以机械能守恒。
16.
（1）在验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m=200g的重物自由下落，实验中得到一条点迹清晰的纸带，O为纸带上第一个测量点，另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点，测得OA、OB、OC、OD段的长度如图所示，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度为g=9.8m/s2,那么
这四组数据中不符合有效数字读数要求的是
打点计时器打下连续相邻两个点的时间间隔T=
③计算B点瞬时速度时，甲
同学用,乙同学用
．其中所选择方法正确的是______（填“甲”或“乙”）同学．
④若同学丁不慎将上述纸带从OA之间扯断，他仅利用A点之后的纸带能否实现验证机械能守恒定律的目的？
______．（填“能”或“不能”）
17.用图甲所示装置验证机械能守恒定律
①电火花计时器的工作电压为
②下列做法正确的有
A．图甲中两限位孔必须在同一直线上
B．实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直
C．实验时，先放手松开纸带再接通打点计时器电源
D．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置
③实验打出的纸带如乙图所示，则实验时纸带的_______端（选填“左”或“右”）应和重物相连接。
重物质量为m，若选取A、C两点为初末位置研究机械能守恒，则减少的重力势能是
（当地重力加速度为g）。
18.“验证机械能守恒定律”的实验中．图（甲）是打点计时器打出的一条纸带，选取其中连续的计时点标为A、B、C……G、H、I，对BH段进行研究．
①已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为_______．
②用刻度尺测量距离时如图（乙），读出A、C两点间距为_________cm，B点对应的速度vB＝_________m/s（保留三位有效数字）；
③若H点对应的速度为vH，重物下落的高度为hBH，当地重力加速度为g，为完成实验，要比较
与_________________大小（用字母表示）．
19.如图34－1为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．
（1）实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。
某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案．
A．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度．
B．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝
计算出瞬时速度．
C．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝
计算出高度h。
D．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v。
以上方案中只有一种正确，正确的是__________．（填入相应的字母）
（2）某同学按照正确操作选的纸带如图34－2所示，其中O是起始点，A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点，打点频率为50Hz，该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离，并记录在图中（单位：
cm），重物的质量为m＝0.1kg，重力加速度g＝9.80m/s2。
根据以上数据当打点计时器打到D点时，重物重力势能的减少量为________J，动能的增加量为________J。
（要求计算数值保留三位有效数字）
（3）实验中误差产生的原因________________________________________________
（写出两个原因）．
（4）通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度．从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以________为纵轴，以________为横轴，根据实验数据作出图线．若在实验误差允许的范围内，图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律．
（5）该装置也可用于精度要求不是很高的重力加速度g的测量，依据第
（2）问中选取的纸带可计得重力加速度g＝__________m/s2。
20.如图所示，是用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。
在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平气垫导轨上并静止在A处，并通过定滑轮的细绳与钩码相连，光电计时器安装在B处。
测得滑块（含遮光板）质量为M、钩码总质量为m、遮光板宽度为d、当地的重力加速度为g。
将滑块在图示A位置释放后，光电计时器记录下遮光板通过光电门的时间分别为△t，小华所在的实验小组将本实验的研究对象定为钩码和滑块整体，则：
①实验中是否要求钩码总质量m远小于滑块质量M（填：
是、否）
②实验中还需要测量的物理量是（用文字及相应的符号表示）。
③本实验中验证机械能守恒的表达式为:
（用以上对应物理量的符号表示）。
④如果实验结果系统动能增加量大于重力势能减少量，请指出实验的调节可能出的问题
21.如图（a）所示，用传感器、计算机实时采集数据装置研究“机械能守恒定律”，某组同学在一次实验中，所显示实验数据图象如图（b）所示。
图象的横轴表示小球距D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E。
试回答下列问题：
图（a）图（b）
图（b）的图象中，表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是_______、______、______（填写图线所对应的文字）。
根据图（b）所示的实验图象，可以得出的结论是__________________________。
若重力加速度g=10m/s2，则根据图象可计算出小球质量为_____kg（结果保留两位有效数字）。
23.如图甲所示是利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验装置。
该实验所用打点计时器的电源频率为50Hz，图乙是实验得到的一条纸带，纸带端接重物（选填“左”或“右”），相邻打印点之间的时间间隔为s。
由于该实验中存在阻力做功，所以实验测得重物的重力势能的减少量动能的增加量（选填“大于”、“小于”或“等于”）
24.甲、乙都是使用电磁打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置图．
①较好的装置是（填“甲”或“乙”）.
②打点计时器必须接（填“高压”或“低压”）交流电源.
③丙图是采用较好的装置进行实验的，如果发现第1、2两点之间的距离大约为4mm，这是因为实验时；如果出现这种情况，则打第6点时重物的重力势能与动能的关系为（选填序号）：
Ａ．
Ｂ．
Ｃ．
25.如图所示，是用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验，在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平气垫导轨上并静止在A处，并通过定滑轮的细绳与钩码相连，光电计时器安装在B处，测得滑块（含遮光板）质量为M、钩码总质量为m、遮光板宽度为d、当地的重力加速度为g，将滑块在图示A位置释放后，光电计时器记录Ks5u下遮光板通过光电门的时间为△t；
①实验中是否要求钩码总质量m远小于滑块质量M（填：
是、否）。
②实验中还需要测量的物理量是（用文字及相应的符号表示）。
③本实验中验证机械能守恒的表达式为:
（用以上对应物理量的符号表示）。
④如果实验结果系统动能增加量大于重力势能减少量，请指出实验的调节可能出的问题
。
试卷答案
1.根据实验原理直接进行计算．
由O点到C点，重力势能的减少量ΔEp＝mgh＝1.0×9.80×77.76×10－2J＝7.62J.……4分
打下C点时纸带（即物体）的瞬时速度
vC＝
＝
m/s＝3.8875m/s，
即动能的增加量为ΔEk＝
mv2＝
×1.00×3.88752J＝7.56J.……6分
2.
（1）左（1分）
（2）0．98m/s（2分）（3）0.49J0.48J（每空2分，共4分）
（4）在实验误差允许范围内，机械能守恒（1分）
（5）步骤C不必要.（1分）
步骤B是不恰当的，应接在电源的交流输出端（1分）
步聚D是不恰当的，应先接通电源，待打点稳定后再释放纸带.（1分）
3.
①△EP＝mg（s0+s1
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