高中物理模块五功与能考点9实验：验证机械能守恒定律试题.doc

考点9 实验：验证机械能守恒定律基本实验要求1.实验目的验证机械能守恒定律.2.实验原理通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律.3.实验器材打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根.4.实验步骤(1)安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连.(2)打纸带用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5条)纸带.(3)选纸带：分两种情况说明5.实验结论在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒.6.数据处理方法一：利用起始点和第n点计算代入mghn和mv，如果在实验误差允许的范围内，mghn和mv相等，则验证了机械能守恒定律.方法二：任取两点计算(1)任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB.(2)算出mv－mv的值.(3)在实验误差允许的范围内，若mghAB＝mv－mv，则验证了机械能守恒定律.7.误差分析(1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值.(2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk＝mv必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力.8.注意事项(1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少摩擦阻力.(2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料.(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落.(4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝，不能用vn＝或vn＝gt来计算.考点一　实验原理与实验操作1. 如图所示，在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4、…、n.则：(1) 如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为________、________、________，必须计算出的物理量为________、________，验证的表达式为__________.(2) 下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤前面的字母).A. 将打点计时器竖直安装在铁架台上B. 接通电源，再松开纸带，让重物自由下落C. 取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验D. 将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带E. 选择一条纸带，用刻度尺测出重物下落的高度h1、h2、h3、…、hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3、…、vnF. 分别算出mv和mghn，在实验误差允许范围内看是否相等【答案】(1)第2点到第6点之间的距离h26　第1点到第3点之间的距离h13　第5点到第7点之间的距离h57　第2点的瞬时速度v2　第6点的瞬时速度v6　mgh26＝ (2)ADBCEF2. 在一次实验验证课上，某同学利用自由落体运动来验证机械能守恒定律，该同学开始实验时的情形如图所示，他将打点计时器接通低压电源后释放纸带.(1) 请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方.①____________________________________________________②_____________________________________________________(2) 该同学在教师的指导下规范了实验操作，重新进行实验，得到了几条(3～5条)打出一系列点的纸带，在选点验证机械能守恒时，有以下两种方案，其中对选取纸带的1、2两点间距离要求小于或接近2 mm的是方案________(填“一”或“二”).方案一：利用起始点和第n点计算；方案二：任取两点计算.(3)该同学最终选择了方案一，结合图象法进行数据分析，他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，根据实验数据作出v2－h图象，其中图线的斜率表示______________.【答案】(1)①打点计时器接了直流电；②重物离打点计时器太远　(2)一　(3)重力加速度g考点二　数据处理与误差分析3. 在验证机械能守恒定律的实验中，某同学利用图甲中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示.在实验数据处理中，某同学取A、B两点来验证实验.已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，g取9.8 m/s2，图中测量结果记录在下面的表格中.项目x1/cmA点瞬时速度/(m·s－1)x2/cmB点瞬时速度/(m·s－1)A、B两点间距离/cm数据3.920.9812.8050.00(1) 观察纸带，可知连接重物的夹子应夹在纸带的______端(选填“左”或“右”)；(2) 将表格中未填项目填写完整；(3) 若重物和夹子的总质量为0.6 kg，那么在从A到B运动过程中，动能的增加量为________J，重力势能的减少量为________J.【答案】(1)左　(2)3.20　(3)2.78　2.944. 在验证机械能守恒定律的实验中，使质量m＝0.30 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，已知打点计时器每隔T＝0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g＝9.8 m/s2.(1) 同学甲选取一条纸带如图4所示，在点迹较清晰的部分选取某点O作为起始点，图中A、B、C、D为纸带上选取的四个连续点.根据vC＝计算出C点的速度，然后利用mgh＝mv验证机械能守恒定律，这样处理存在的错误是______________.(2) 同学乙利用同学甲的纸带测量出：OB＝15.55 cm，OC＝19.20 cm，OD＝23.23 cm.根据测量数据计算重物和纸带下落的加速度a＝________m/s2，进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力Ff＝________N.(3) 同学丙通过实验得到一条纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以v2为纵轴画出了如图5所示的图线，图线未过原点O.试分析同学丙在实验操作过程中可能出现的问题是____________________.【答案】(1)O点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零　(2)9.5　0.09　(3)该同学做实验时先释放了纸带，然后再接通打点计时器的电源考点三　实验拓展与创新5. (2016·全国卷Ⅰ，22)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz，打出纸带的一部分如图(b)所示。

图(a) 图(b)6. 该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其它题给条件进行推算1) 若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________2) 已测得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；当重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%由此推算出f为________Hz答案】(1)(s1＋s2)　(s2＋s3)　(s3－s1)　(2)407. (2016·全国卷Ⅱ，22)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能图(a)(1)实验中涉及到下列操作步骤：A. 把纸带向左拉直B. 松手释放物块C. 接通打点计时器电源D. 向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是________(填入代表步骤的序号)。

2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果打点计时器所用交流电的频率为50 Hz由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为________m/s比较两纸带可知，________(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大图(b)　　【答案】(1)④①③②　(2)1.29　M　　8. (2016·江苏单科，11)某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v＝作为钢球经过A点时的速度记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒1)ΔEp＝mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到________之间的竖直距离A. 钢球在A点时的顶端B. 钢球在A点时的球心C. 钢球在A点时的底端(2)用ΔEk＝mv2计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图所示，其读数为________cm。

某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s，则钢球的速度为v＝________m/s3)下表为该同学的实验结果：ΔEp(×10－2 J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2 J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的你是否同意他的观点？请说明理由 (4)请你提出一条减小上述差异的改进建议 【答案】(1)B　(2)1.50　1.50　(3)不同意因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp (4) 分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算ΔEk时，将v折算成钢球的速度v′＝v9. (2016·四川理综，8Ⅰ)用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连。

先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是________2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________A. 弹簧原长 B．当地重力加速度 C. 滑块(含遮光片)的质量(3)增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将________A. 增大 B．减小 C．不变【。