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1、第 1 页，共 43 页 高中物理复习物理实验精品学案（讲学练）验证机械能守恒定律 一、实验原理与操作 实验目的：验证机械能守恒定律。实验原理 1在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为 h，则重力势能的减少量为 mgh，动能的增加量为12mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。2速度的测量：做匀变速直线运动的纸带上某段位移中间时刻的瞬时速度等于这段位移之间的平均速度。计算打第 n 个点速度的方法：测出与第 n 个点相邻前后点间的距离 xn和 xn1，由公式 vnxnxn12T或
2、 vnhn1hn12T算出，如图所示。实验器材 铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)。实验步骤 1安装置：如图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。第 2 页，共 43 页 2打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做35 次实验。3选纸带：分两种情况说明(1)用12mv2nmghn验证时，应选点迹清晰，且第 1、2 两点间距离小于或接近 2 mm的纸带。若第 1、2 两点间的距离大于
3、2 mm，这是由于先释放纸带后接通电源造成的。这样，第 1 个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。(2)用12mv2B12mv2Amgh 验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第 1、2 两点间的距离是否大于 2 mm 就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用。二、数据处理与误差分析 数据处理 1测量计算 在起始点标上 0，在以后各计数点依次标上 1、2、3，用刻度尺测出对应下落高度 h1、h2、h3。利用公式 vnhn1hn12T计算出点 1、点 2、点 3、的瞬时速度 v1、v2、v3。2验证守恒 第 3 页，共 43 页 方法一：利用起
4、始点和第 n 点计算。代入 ghn和12v2n，如果在实验误差允许的条件下，ghn12v2n，则验证了机械能守恒定律。方法二：任取两点计算。任取两点 A、B 测出 hAB，算出 ghAB。算出12v2B12v2A的值。在实验误差允许的范围内，如果 ghAB12v2B12v2A，则验证了机械能守恒定律。方法三：图象法。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12v2为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据绘出12v2-h 图线。若在误差允许的范围内图象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。误差分析 1本实验中因重物和纸带在下落过
5、程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量 Ek稍小于重力势能的减少量 Ep，即 EkEp这属于系统误差。改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。2本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差。减小误差的办法是测下落距离时都从 0 点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完。或者多次测量取平均值来减小误差。3打点计时器产生的误差(1)由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差；(2)读数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差。注意事项 1打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向，以减小摩擦
6、阻力。2重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减小空气阻力的影响，从而减小实验误差。第 4 页，共 43 页 3实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带。4测量下落高度时，为了减小测量值h 的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在6080 cm 之间。5不需测出物体质量，只需验证12v2nghn即可。6速度不能用 vngtn或 vn 2ghn计算，因为只要认为加速度为 g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用 vngtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻
7、力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算。同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用 hn12gt2n或 hnv2n2g计算得到。实验改进 1物体下落过程中通过某一位置的速度可以用光电计时器测出来，利用这种装置验证机械能守恒定律，能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差。2 本实验也可选用12mv2212mv21mgh 来验证机械能是否守恒，这是回避起始点，在纸带上选择后面的某两点验证机械能守恒定律的方法。由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点，势能的大小不必从起始点开始计算，这样，纸带上打出的起始点 O 后的第一个 0.02 s 内的位移是
8、否接近 2 mm，以及第一个点是否清晰也就无关紧要了，实验打出的任何一条纸带，只要后面的点迹清晰，都可以用来验证机械能守恒定律。3实验后数据的处理也可以用作12v2-h 图象的方法来验证机械能是否守恒。如果是一条过原点的倾斜直线，则说明重物下落过程中机械能守恒，其图象的斜率表示当地的重力加速度 g。4 整个实验装置可以放在真空的环境中操作，如用牛顿管和频闪照相进行验证，以消除由于空气阻力作用而带来的误差。5可以利用气垫导轨来设计该实验，以减小由于摩擦带来的误差。6为防止重物被释放时的初速度不为零，可将装置改成如图所示形式，剪断纸带最上端，让重物从静止开始下落。第 5 页，共 43 页 高考考点
9、例析：考点 1 对实验原理的考查 例 1 利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量重物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用刻度尺测出重物下落的高度h，并测出下落时间 t，通过 vgt 计算出瞬时速度 v。b用刻度尺测出重物下落的高度h，并通过 v 2gh计算出瞬时速度 v。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 hv22g计算出高度 h。d用刻度尺测出重物下落的高度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
10、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)第 6 页，共 43 页 尝试解答 选 d。速度不能用 vgt 或 v 2gh计算，因为只要认为加速度为g，就可推导出机械能守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用 vgt 计算出的速度比实验值大，会得出机械能增加的结论，所以速度应从纸带上直接测量计算。同样的道理，重物下落的高度 h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用 h12gt2或 hv22g计算得出。跟踪训练在验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率 f50 Hz，选择一条较理想纸带，某同学用毫米刻度尺测量起始点 O 依次到 A、B、C、D、E、F
11、各点的距离分别记作 x1，x2，x3，x4，x5，x6，并记录在下表中。符号 x1 x2 x3 x4 x5 x6 数值(102 m)0.19 0.76 1.71 3.06 4.78 6.87 (1)在实验过程中需要用工具进行直接测量的是_。A重锤的质量 B重力加速度 C重锤下降的高度 D重锤的瞬时速度(2)该同学用重锤在 OE 段的运动来验证机械能守恒定律。已知重锤的质量为 1 kg，当地的重力加速度 g 取 9.80 m/s2，则此过程中重锤重力势能的减少量为_J，动能的增加量为_J。(结果均保留三位有效数字)(3)另一位同学根据这一条纸带来计算重锤下落过程中的加速度 a，为了充分利用记录数
12、据，尽可能减小实验操作和测量过程中的误差，他的计算式应为 a_(用符号表示)，代入数据求得 a_m/s2(结果保留三位有效数字)。因此，_(选填“能”或“不能”)用 vgt 求重锤在 E 点处的速度。答案(1)C (2)0.468 0.454 (3)x62x3f29 9.58 不能 解析(1)因为要计算重力势能的减少量，在实验过程中需要用工具进行直接测量的是重锤下降的高度 h，而重锤的质量在等式两边可约去，故 C 正确。第 7 页，共 43 页(2)重锤从开始下落到 E 点时，减小的重力势能 Epmgx50.468 J，E 点的瞬时速度 vEx6x42T0.9525 m/s，则重锤下落到打 E
13、 点时增加的动能 Ek12mv2E00.454 J。(3)利用逐差法求加速度，s1x1，s2x2x1，s3x3x2，s4x4x3，s5x5x4，s6x6x5，则 as6s5s4s3s2s19T2x62x3f29，代入数据得 a9.58 m/s2，由于 ag，因此不能用 vgt 求重锤在 E 点处的速度。考点 2 实验数据的处理及误差分析 例 2 利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验。(1)在验证机械能守恒定律的实验中，没有必要进行的操作是_。A用天平测重物的质量 B用秒表测重物下落的时间 C用打点计时器记录重物下落的信息 D用纸带记录并测量重物下落的高度(2)该实验所用打点计时器的电源频率
14、为 50 Hz，图中 A、B、C 为纸带中选取的三个计数点，相邻两个计数点之间还有 4 个点未画出，则相邻两个计数点之间的时间间隔 T_s，打点计时器在打下计数点 B 时，重物的下落速度 vB_m/s(小数点后保留两位)。(3)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_(选填“小于”“大于”或“等于”)动能的增加量。尝试解答(1)AB_(2)0.1_1.96_(3)大于。(1)因为是比较 mgh 与12mv2的大小关系，故 m 可约去，不需要测出重物的质量；可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表；用打点计时器可以记录重物下落的时间；用纸带记录并测量重物下落的高度，故选 A、
15、B。第 8 页，共 43 页(2)每两个计数点之间还有 4 个点未画出，则每两个计数点之间的时间间隔 T0.1 s。根据匀变速直线运动的规律某段位移中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速度，vBxAC2T1.96 m/s。(3)由于纸带和重物都受到阻力作用，重力势能有相当一部分转化成由于摩擦产生的内能，所以重力势能的减少量明显大于动能的增加量。跟踪训练用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验时接通电源，质量为 m2的重物从高处由静止释放，质量为 m1的重物拖着纸带打出一系列的点，图乙是实验中打出的一条纸带，A 是打下的第 1 个点，量出计数点 E、F、G 到 A点距离分别为 h1、h2、
16、h3，每相邻两计数点的计时间隔为 T，当地重力加速度为g。(以下所求物理量均用已知符号表达)(1)在打点 AF 的过程中，系统动能的增加量 Ek_，系统重力势能的减少量 Ep_，比较 Ek、Ep大小即可验证机械能守恒定律。(2)某同学根据纸带算出各计数点速度，并作出v22-h 图象如图丙所示，若图线的斜率 k_，即可验证机械能守恒定律。答案(1)m1m2h3h128T2(m2m1)gh2(2)m2m1m1m2g 解析(1)由于每相邻两计数点间的计时间隔为 T，根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，求出点 F 的瞬时速度 vFh3h12T。在打点 AF 过程中，系统动能的
17、增量 第 9 页，共 43 页 Ek12(m1m2)v2Fm1m2h3h128T2。系统重力势能的减小量为 Ep(m2m1)gh2。(2)根据机械能守恒定律可有，(m2m1)gh12(m1m2)v2，即12v2m2m1m1m2gh，所以v22-h 图象的斜率 km2m1m1m2g。考点 3 实验创新 例 3 如图所示是某同学设计的“验证机械能守恒定律”实验装置图，用长为 L的轻细线悬挂一小球，在悬点 O 下方与悬点距离略小于 L 的位置有一很锋利的刀片，当细线碰到刀片时，细线即可被切断且不影响小球的速度。实验时，将细线和小球拉离竖直位置，使细线与竖直方向的夹角为。由静止释放小球，细线碰到刀片后
18、立刻断开，小球飞出，最终落到与悬点竖直距离为 H 的水平地面上，测得小球落地点与悬点在水平地面的投影点 O的距离为 x。改变细线与竖直方向的夹角，可得到一系列 x 的数据。(1)若要利用图象法处理实验数据，并且要使图象是一条直线，如果纵坐标表示x2，那么横坐标应表示_。(2)如果作出的图象斜率为 k，那么图象在纵轴上的截距为_，只要满足 k_，即可验证机械能守恒定律。尝试解答(1)cos_(2)4L(HL)或k_4L(HL)。(1)由 mgL(1cos)12mv2，xvt，HL12gt2，联立解得：x24L(HL)4L(HL)cos。要使图象是一条直线，如果纵坐标表示 x2，那么横坐标应表示
19、cos。第 10 页，共 43 页(2)如果图象斜率为 k，那么图象在纵轴的截距为 4L(HL)(或k)。只要满足 k4L(HL)，即可验证机械能守恒定律。跟踪训练 现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上 A 点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为 M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为 m 的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上 B 点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间 t，用 d 表示 A 点到导轨底端 C 点的距离，h 表示 A 与 C 的高度差，b 表示遮光片的宽度，s 表示 A、B 两点的距离，将遮光片通过
20、光电门的平均速度看作滑块通过 B 点时的瞬时速度。用 g 表示重力加速度。完成下列填空和作图。(1)若将滑块自 A 点由静止释放，则在滑块从 A 运动至 B 的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为_。动能的增加量可表示为_。若在运动过程中机械能守恒，1t2与 s 的关系式为1t2_。(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A 点)下滑，测量相应的 s 与t 值，结果如表所示：1 2 3 4 5 s/m 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 t/ms 8.22 7.17 6.44 5.85 5.43 1t2/104 s2 1.48 1.95
21、 2.41 2.92 3.39 第 11 页，共 43 页 以 s 为横坐标，1t2为纵坐标，在坐标纸中描出第 1 和第 5 个数据点；根据 5 个数据点作直线，求得该直线的斜率 k_104 m1s2(保留三位有效数字)。由测得的 h、d、b、M 和 m 数值可以计算出1t2-s 直线的斜率 k0，将 k 和 k0进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律。答案(1)Mghdsmgs 12(Mm)b2t2 2Mgh2mgdMmdb2s(2)描点连线如图所示 2.40(2.202.60 均正确)第 12 页，共 43 页 解析(1)滑块从 A 运动至 B 的过程中，
22、滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为 Mghdsmgs；滑块经过 B 点时的速度为 vbt，故系统动能的增加量为12(Mm)b2t2；若机械能守恒，则有 Mghdsmgs12(Mm)b2t2，得：1t22Mgh2mgdMmdb2s。(2)根据数据描点后，作图线时注意使所描点大致在同一直线上，计算斜率时注意选取相距较远的点来计算。过关练习 1.在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：（1）下面叙述不正确的是_ A、应该用天平称出物体的质量 B、应该选用点迹清晰第一、二两点间的距离接近 2mm的纸带 C、操作时应先放纸带再通电 D、电磁打点计时器应接在电压为 220V 的直流电源
23、上（2）如图 2 是实验中得到的一条纸带已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度 g=9.80m/s2，测得所用重物的质量为 1.00kg，纸带上第 0、1 两点间距离接近 2mm，A、B、C、D是连续打出的四个点，它们到 0 点的距离如图 2 所示 则由图中数据可知，打点计时器打下计数点 C 时，物体的速度 VC=_m/s；重物由 0 点运动到 C 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（取三位有效数字）第 13 页，共 43 页（3）实验结果发现动能增量不等于重力势能的减少量；造成这种现象的主要原因是_ A选用的重锤质量过大 B数据处理时出现计算错误 C
24、空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力 D实验时操作不够细，实验数据测量不准确 2.如图所示为验证机械能守恒定律的实验装置。现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平。（1）为完成实验，还需要的器材有_。A米尺 B06V直流电源 C秒表 D06V交流电源（2）某同学用图中所示装置打出的一条纸带如图所示，相邻两点之间的时间间隔为 0.02s，根据纸带计算出打下 D点时重物的速度大小为_m/s。（结果保留三位有效数字）（3）采用重物下落的方法，根据公式 mv2=mgh 验证机械能守恒定律，对实验条件的要求是_，为验证和满足此要求，所选择的纸带第1、2点间的距离应接近_。
25、（4）该同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2-h图象如图 3所示，则图线斜率的物理意义是_。3.用如图 1 所示实验装置验证 m1、m2组成的系统机械能守恒。打点计时器连接频率为 50Hz 交流电，m2从高处由静止开始下落，m1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。图给出的第 14 页，共 43 页 是实验中获取的一条纸带：O是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有 4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图 2所示。已知 m1=50g，m2=150g，则：（1）纸带上打下记数点 5时的速度 v=_m/s。（2）从打下第“0”点到打下第“5”点的过程中系
26、统动能的增量 Ek=_J，系统势能的减少量 Ep=_J（取当地的重力加速度g=9.80m/s2，结果均保留三位有效数字。）（3）若某同学作出-h 图象如图 3，则由图象可得当地的重力加速度g=_m/s2。4.如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_。A重物选用质量和密度较大的金属锤 B两限位孔在同一竖直面内上下对正 C精确测量出重物的质量 D用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物 某实验小组利用上述装置将打点计时器接到 50Hz 的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，
27、图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中 O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能第 15 页，共 43 页 完成验证机械能守恒定律的选项有_。AOA、AD和 EG的长度 BOC、BC 和 CD的长度 CBD、CF和 EG的长度 DAC、BD和 EG的长度 5.“验证机械能守恒定律”的实验装置如图 1所示采用重物自由下落的方法：（1）实验中，下面哪种测量工具是必需的_ A天平 B直流电源 C刻度尺 D秒表（2）已知打点计时器所用电源的频率为 50Hz，当地的重力加速度g=9.80m/s2，实验中选取一条符合实验要求的
28、纸带如图 2所示，O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点由此求得打 B点时重物的速度 vB=_ m/s（结果保留三位有效数字）第 16 页，共 43 页（3）实验发现重物减少的重力势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的原因是：_ 6.某同学利用如图 1所示的装置做“验证机械能守恒定律的实验”，在本实验中：（1）现有器材：打点计时器、学生电源、铁架台（包括铁夹）、纸带、附夹子的重锤、刻度尺、秒表、导线若干，其中此实验不需要使用的器材是_（2）实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上这样做可以_（选填“消除”、“减小”或“增大”）纸带与限位孔之间的摩擦（3）在实际测量
29、中，重物减少的重力势能通常会_（选填“略大于”、“等于”或“略小于”）增加的动能（4）若实验中所用重锤的质量m=0.2kg，打点计时器所用电源的频率为50Hz，正确操作得到的纸带如图 2所示，O点对应重锤开始下落的时刻，另选连续的三个计时点 A、B、C 作为测量的点，图中的数据分别为计数点 A、B、C到起始点 O的距离，取重力加速度 g=9.8m/s2，则从初始位置 O 到打下计数点 B的过程中，重锤的重力势能的减少量为_ J，打 B点时重锤的动能为_ J（结果均取两位有效数字）7.某同学在验证机械能守恒定律的实验中，使重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带
30、如题图甲所示O为纸带下落的起始点，A、B、C 为纸带上选取的三个连续点实验中所用重物的质量 m=2kg，打点计时器每隔 T=0.02s 打一个点，当地的重力加速度g=9.8m/s2 第 17 页，共 43 页 （1）记录 B点时，重物的速度 vB=_m/s，（此空及后面两空均保留三位有效数字），重物动能 EkB=_J从开始下落到至 B点，重物的重力势能减少量是_J，由此可得到的结论是_（2）该同学进一步分析发现重物动能的增量总是略小于重力势能的减少量，造成这一现象的原因可能是_（写出一条合理的原因即可）（3）若该同学在实验时没有测量重物质量，是否能够正常完成实验？_（填“能”或“不能”）（4）
31、该同学在纸带上又选取了多个计数点，并测出了各计数点到第一个点 O的距离 h，算出了各计数点对应的速度 v，若重物下落过程中机械能守恒，则以 h 为横轴，以 为纵轴画出的图线应是如图乙中的_，图线的斜率表示_ 8.某同学利用重物自由下落来做“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示。（1）请指出实验装置甲中存在的明显错误：_。第 18 页，共 43 页（2）进行实验时，为保证测量的重物下落时初速度为零，应_（选填“A”或“B”）。A先接通电源，再释放纸带 B先释放纸带，再接通电源（3）根据打出的纸带，选取纸带上连续打出的 1、2、3、4 四个点如图乙所示。已测出点 1、2、3、4到打出的第一个点
32、 O的距离分别为 h1、h2、h3、h4，打出计时器的打点周期为 T 若代入所测数据能满足表达式 gh3=_，则可验证重物下落过程机械能守恒（用题目中已测出的物理量表示）。（4）某同学作出了 2-h 图象（图丙），则由图线得到的重力加速度g=_m/s2（结果保留 3位有效数字）。9.用如图甲实验装置验证 m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1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。图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0 是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有 4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知 m1=50g、m2=150
33、g，则（g 取 10m/s2，结果保留两位有效数字（1）在打点 05过程中系统动能的增量 EK=_J，系统势能的减少量 EP=_J，由此得出的结论是_；（2）若某同学作出 v2-h 图象（h 是 m2下降的高度）如图丙，则当地的实际重力加速度 g=_m/s2。第 19 页，共 43 页 10.利用图 1 装置做“验证机械能守恒定律”实验 为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的_ A动能变化量与势能变化量 B速度变化量和势能变化量 C速度变化量和高度变化量 除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_ A交流电源
34、B刻度尺 C天平（含砝码）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图 2所示的一条纸带在纸带上选取三个连续打出的点 A、B、C，测得它们到起始点 O的距离分别为 hA、hB、hC 已知当地重力加速度为 g，打点计时器打点的周期为 T 设重物的质量为 m 从打 O点到打 B点的过程中，重物的重力势能的减少量 Ep=_，动能变化量 Ek=_ 大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是_ A利用公式 v=gt 计算重物速度 B利用公式 v=计算重物速度 C存在空气阻力和摩擦力阻力的影响 D没有采用多次试验去平均值的方法 根据以下方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量
35、它们到起始点 O的距离 h，计算对应计数点的重物速度 v，描绘 v2-h 图象，并做第 20 页，共 43 页 如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒请你分析论证该同学的判断依据是否正确 11.某实验小组用如图 1所示的实验装置验证机械能守恒定律。（1）某同学按照正确操作得到纸带如图 2所示，其中 O是起始点，M、N、P为从合适位置开始选取的连续点中的三个点，打点频率为 50Hz，该同学用毫米刻度尺测量 O到 M、N、P各点的距离，并记录在图中，重物的质量为m=0.1kg，重力加速度 g=9.80m/s2根据图上所得的数据，应取图中 O点到_点来验证机械能守恒定律较为简
36、便；（2）从 O点到（1）问中所取的点，重物重力势能的减少量为 Ep=_J，其动能的增加量为 Ek=_J（结果保留三位有效数字）；（3）若测出纸带上所有各点到 O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及重物下落的高度 x，则以 v2为纵轴、x为横轴画出的图象是下图中的_。12.在用如图 1 的实验装置验证“机械能守恒定律”的实验中：（1）下列操作正确且必要的有_ A用秒表测出重物下落的时间 第 21 页，共 43 页 B用弹簧测力计称出重物的重力 C装配好器材，松开纸带让重物自由下落然后接通电源 D在点迹清晰的纸带上，距离起始点适当的位置，沿重物下落的方向，依次取若干个连续的点并标记，作为测量
37、点 （2）某小组的同学，用接有 6V、50Hz 的交流电的打点计时器打出的一条纸带，如图 2，O 为重锤下落的起点，选取的测量点为 A、B、C、D、E，F，各测量点到 O点的距离 h已标在测量点下面打点计时器打 C 点时，重物下落的速度 vC=_ m/s（结果保留三位有效数字）（3）该小组的同学分别求出打其他各点时的速度 v；在 v2-h 坐标纸上描出的点迹如图 3，则本地的重力加速度约为_ m/s2（结果保留两位有效数字）第 22 页，共 43 页 13.利用如图 1 所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。（1）除打点计时器（含纸带、复写纸）、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材
38、中，必须使用的还有_。（选填器材前的字母）A大小合适的铁质重锤 B体积较大的木质重锤 C刻度尺 D游标卡尺 E秒表（2）如图 2 是实验中得到的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点 A、B、C，测得它们到起始点 O（速度为零）的距离分别为 hA、hB、hC重锤质量用 m表示，已知当地重力加速度为 g，打点计时器打点的周期为 T从打下 O点到打下 B点的过程中，重锤重力势能的减少量 Ep=_，动能的增加量 Ek=_。（3）在实验过程中，下列实验操作和数据处理正确的是_ A释放重锤前，使重锤尽量远离打点计时器 B做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤 C为测量打点计时器打下某点时重锤的速度
39、 v，可测量该点到 O 点的距离 h，再根据公式 v=计算 D为测量打点计时器打下某点时重锤的速度 v，可测量该点到 O 点的时间 t，再根据公式 v=gt 计算（4）某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点 O的距离 h，并计算出打相应计数点时重锤的速度 v，通过描绘 v2-h图象去研究机械能是否守恒。若实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的 v2-h图象是图 3 中的哪一个_。第 23 页，共 43 页 14.某同学用如图甲所示的装置通过研究重锤的落体运动来验证机械能守恒定律已知重力加速度为g （1）在实验所需的物理量中，需要直接测量的是_，通过计算得到的
40、是_（填写代号）A重锤的质量 B重锤下落的高度 C重锤底部距水平地面的高度 D与下落高度对应的重锤的瞬时速度（2）在实验得到的纸带中，我们选用如图乙所示的起点 O与相邻点之间距离约为 2mm的纸带来验证机械能守恒定律图中 A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的原始点，F点是第 n 个点设相邻点间的时间间隔为 T，下列表达式可以用在本实验中计算 F点速度 vF的是_ A vF=g（nT）BvF=CvF=DvF=（3）若代入图乙中所测的数据，求得在误差范围内等于_（用已知量和图乙中测出的物理量表示），即可验证重锤下落过程中机械能守恒即使在操作及测量无误的前提下，所求也一定会略_（选填“大于”或第
41、24 页，共 43 页“小于”）后者的计算值，这是实验存在系统误差的必然结果（4）另一名同学利用图乙所示的纸带，分别测量出各点到起始点的距离 h，并分别计算出各点的速度 v，绘出 v2-h 图线，如图丙所示从 v2-h图线求得重锤下落的加速度 g=_m/s2（保留 3位有效数字）则由上述方法可知，这名同学是通过观察 v2-h 图线是否过原点，以及判断_与_（用相关物理量的字母符号表示）在实验误差允许的范围内是否相等，来验证机械能是否守恒的 15.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落下，重锤上拖着的纸
42、带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，已知重力加速度为 g，即可验证机械能守恒定律。下面列举了该实验的几个操作步骤：A按照图示 1 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先释放悬挂纸带的夹子，然后接通电源开关打出纸带；E测量打出的纸带上某些点之间的距离；F根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能在误差范围内是否等于增加的动能。其中没有必要或操作不恰当的步骤是_（填写选项对应的字母）如图 2 所示是实验中得到一条纸带，将起始点记为 O，并在离 O点较远的任意点依次选取 6个连续的点，分别记为 A、B、C、D、E、F，量出与 O点
43、的距离分别为 h1=23.2cm、h2=27.6.2cm、h3=32.4cm、h4=37.6cm、h5=43.2cm、h6=49.2cm，使用交流电的周期为 T=0.02s，设重锤质量为 m=2kg，则在打 E点时重锤的动能为_J（小数点后保留两位），在打 O点和 E 点这段时间内的重力势能的减少量为_J（小数点后保留两位，取 g=9.8m/s2）第 25 页，共 43 页 在本实验中发现，重锤减少的重力势能总是_（填“大于”或“小于”）重锤增加的动能，主要是因为在重锤下落过程中存在着_的作用。16.如图所示为“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验装置。（1）关于本实验，下列说法中正确的是_
44、 A必须用秒表测出重物下落的时间 B打点计时器应连接直流电源 C验证时，必须测量重锤的质量或重力 D选择质量较大、体积较小的重锤可以减小实验误差（2）若已知打点计时器的电源频率为 50Hz，当地的重力加速度 g=9.80m/s2，重物质量为 0.2kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示，打 P点时，重物的速度为零，A、B、C 为另外 3个连续点。根据图中的数据可知，重物由 P点运动到 B 点的过程中，重力势能减少量 Ep=_J。（计算结果保留 3位有效数字）（3）由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到的阻力较大，这样会导致实验结果 mgh_ mv2（选填“”或“”）17.
45、如图 1 所示，气垫导轨 a 端固定在水平桌面上，b 端到桌面的高度 h可调，让滑块 A沿导轨下滑，位移传感器 B能将 A、B间的距离数据实时传送到计算机。第 26 页，共 43 页（1）甲同学用该装置验证机械能守恒定律，实验时测得导轨 ab 长度L=1.20m，将高度 h 调节为 0.60m，让滑块 A从紧靠传感器 B的位置由静止释放，经计算机处理后得到的 x-t 图象和对应的 v-t 图象如图 2、图 3 所示，若物块质量 m=0.20kg，取 g=9.8m/s2，则在 00.50s 内，物块的重力势能减少量为 Ep=_J；动能的增加量为 Ek=_J（计算结果均保留两位有效数字）（2）乙同
46、学用此装置验证“质量一定时，加速度与合外力成正比”的关系。图 4 为他某次实验通过传感器和计算机拟合得到的 v-t 图象，由图线可得物块下滑的加速度大小为_m/s2（计算结果保留 2 位有效数字）；保持气垫导轨 a端固定在水平桌面上，测得气垫导轨长度为 L，多次调节b 端距离水平桌面的高度 h，得到每次实验中物块下滑的 v-t 图象，实验得到多组 a 和 h的数据，若 a和 h 的关系符合图 5 中的_（选填 A 或 B或 C），可得“物块质量一定时，加速度与其所受合外力成正比”的结论，该图象的斜率为_（用 L 和 g 表示）第 27 页，共 43 页 18、如图所示装置，可以进行以下实验 A
47、“研究匀变速直线运动”B“验证牛顿第二定律”C“研究合外力做功和物体动能变化关系（1）在 A、B、C 这三个实验中，_需要平衡摩擦阻力。（2）已知小车的质量为 M，盘和砝码的总质量为 m，且将 mg视为细绳对小车的拉力。为此需要满足 mM。前述 A、B、C 三个实验中，_ 不需要满足此要求。（3）接通打点计时器电源，由静止释放小车，打出若干条纸带，从中挑选一条点迹清晰的纸带，如下图所示。纸带上打出相邻两个点之间的时间间隔为 T，O点是打点计时器打出的第一个点，从 O点到 A、B、C、D、E、F点的距离依次为 s1、s2、s3、s4、s5、s6。但 OA之间可能还有一些点没打上，打 F点时小车已
48、经撞上木板末端的挡板，A到 E各点正常。由纸带可以求得小车加速度的表达式为_。（4）如果用此装置做“研究合外力做功和物体动能变化关系这个实验，由此可求得纸带上由 O点到 D点所对应的运动过程中，盘和砝码受到的重力所第 28 页，共 43 页 做功的表达式 W=_，该小车动能改变量的表达式 Ek=_。由于实验中存在系统误差，所以，W_ Ek。(选填“小于”、“等于”或“大于”)。（5）如果前述，纸带为如图所示“用打点计时器验证机械能守恒”实验中打出的纸带，且 OA之间可能还有没打出的点，但 A到 F各点都正常，有两位同学提出了处理数据的办法，其中合理的是：_ 甲：如果 BC-AB=CD-BC=D
49、E-CD=EF-DE，则重锤机械能守恒 乙：以各点到 O 点对应的 s 为横坐标，以各点速度平方 v2为纵坐标，描点作图线，若图线为直线，且斜率为 2g，则重锤机械能守恒 19、某同学用图 1 所示的装置测定重力加速度：（电源频率为 50Hz）（1）电火花打点计时器的工作电压为_V，打点周期是_s。（2）打出的纸带如图 2所示，实验时纸带的_端应和重物相连接。（选填“左”或“右”）（3）纸带中间选取连续的几个点（A点至 E 点），测出它们到第一个点 O点间的距离，由纸带上所给的数据可计算出实验时重锤的加速度为_m/s2（结果保留三位有效数字）。第 29 页，共 43 页（4）当地的重力加速度数
50、值为 9.8m/s2，请列出测量值与当地重力加速度的实际值有差异的一个原因_。20、由于空间站处于完全失重状态，不能利用天平等仪器测量质量，为此某同学为空间站设计了如图所示（a）的实验装置，用来测量小球质量。图中弹簧固定在挡板上，轨道 B处装有光电门，可以测量出小球经过光电门的时间。该同学设计的主要实验步骤如下：（）用游标卡尺测量小球的直径 d（）将弹簧固定在档板上（）小球与弹簧接触并压缩弹簧，记录弹簧的压缩量 x（）由静止释放小球，测量小球离开弹簧后经过光电门的时间 t，计算出小球离开弹簧的速度 v（）改变弹簧的压缩量，重复步骤（）、（）多次（）分析数据，得出小球的质量 该同学在地面上进行了