1、专题06 验证机械能守恒定律1利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。（1）为验证机械能是否守恒，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B刻度尺C天平（含砝码）（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带。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、。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，重物的重力势能减少量_。动能增加量_；（3）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利用公式计
2、算重物速度B利用公式计算重物速度C存在空气阻力和摩擦阻力的影响D没有采用多次实验取平均值的方法（4）某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到计数起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘图像，如下判断正确的是_。A若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能一定守恒B若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能可能不守恒C若图像是一条不经过原点的直线，则重物下落过程中机械能一定不守恒【答案】 AB C B【详解】(1)1A实验时用到电磁打点加速器，则必须使用交流电源。故A正确；B在计算动能和重力势能变化量时，需要用到刻度尺测量纸带上计数点间的距离
3、。故B正确；C在比较动能变化量和重力势能变化量是否相等时，需验证可知等式两边可约去质量m，所以不需要天平。故C错误。故选AB；(2)2重物的重力势能减少量3计时器打B点时，纸带的速度大小为从打O点到打B点的过程中，重物的动能增加量为(3)4AB利用公式计算重物速度，则说明重物做自由落体运动，重力势能减小量与动能增加量相等。故AB错误；C由于纸带在下落过程中，重锤和空气之间存在阻力，纸带和打点计时器之间存在摩擦力，所以减小的重力势能一部分转化为动能，还有一部分要克服空气阻力和摩擦阻力做功，故重力势能的减小量大于动能的增加量。故C正确；D若采用多次实验取平均值的方法，会使得实验误差减小，但实验过程
4、中仍然存在阻力作用，仍有重力势能的减小量大于动能的增加量。故D错误。故选C；(4)5AB在重物下落h过程中，若初速度为零、阻力恒定，有可得则此时图像就是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能可能不守恒。故A错误；B正确；C在重物下落h过程中，若初速度不为零、阻力为零，有可得此时图像是一条不过原点的直线，但重物下落过程中机械能守恒。故C错误。故选B。2某同学利用如图1所示的装置完成了机械能守恒定律的验证，实验时将纸带拉直使重物由静止释放。某次实验时得到如图2所示的纸带，纸带上的各点均为计时点，已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g。回答下列问题：（1）由图2中的数据可求出打下计时点3时重
5、物的速度_；（2）根据纸带测量数据，分别测出计时点2、3、4、5到点1的距离，用表示，假设重物下落过程机械能守恒，由对应依次算出纸带速度的理论值，描绘出如图3甲所示的图线，则该图线的斜率应为_（用题中给出的物理量表示）；（3）又由纸带上各计时点间的距离依次算出在点1、2、3、4、5时重物的实际速度，根据得出的实验数据描绘出如图3所示的图线，发现实际速度与理论速度间的差值越来越大，出现这种现象的原因可能是_。【答案】 2g 重物速度越大，重物和纸带受到的阻力越大【详解】（1）1匀变速直线运动某段时间内中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，所以打下点3时重物的速度为（2）2设打点1时重物的速
6、度为v0，由机械能守恒定律有整理得所以（3）3设重物和纸带运动过程中所受阻力大小为f，根据动能定理有整理得真实速度与理论速度间的差值越来越大，即v2-h图像的斜率逐渐减小，说明重物速度越大，重物和纸带受到的阻力越大。3在“验证机械能守恒定律”的实验中：（1）为了减小实验误差，应该选择_ （填“甲”或 “乙”）图来完成这个实验。（2）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B刻度尺C天平（含砝码）（3）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图所示的一条纸带。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
7、离分别为、。已知当地重力加速度为，打点计时器打点的周期为。设重物的质量为。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量_，动能变化量_。（4）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利用公式计算重物速度B利用公式计算重物速度C存在空气阻力和摩擦阻力的影响D没有采用多次实验取平均值的方法【答案】 甲 AB#BA C【详解】（1）1比较两个图可知，图甲中纸带放开前，固定较好，能保证纸带开始时的速度为，而且图甲中使用的是电火花打点计时器，纸带下落过程中受到的摩擦阻力比图乙中的小，故为了减小误差，应该选择甲图来完成这个实验。（2）2电磁打点计时器需要使用低压交流电源，
8、需要选用刻度尺测出纸带上任意点到点距离，表示重锤下落的高度，由于验证机械能守恒表达式两边都含有重锤的质量，可以消掉，故不需要天平测质量，AB正确，C错误；故选AB。（3）3根据功能关系可知，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量为4 B点的速度为从打O点到打B点的过程中，动能变化量为（4）5AB由于重物拖着纸带在下落过程中，存在一定的空气阻力和纸带与打点计时器之间的摩擦力，使得重物下落的加速度小于重力加速度，利用公式或计算重物速度，都会使重物的动能变化量偏大，不是重力势能的减少量大于动能的增加量的原因，AB错误；C由于重物拖着纸带在下落过程中，存在一定的空气阻力和纸带与打点计时器之间的
9、摩擦力，所以减少的重力势能一部分转化为动能，还有一部分要克服空气阻力和摩擦阻力做功而转化为内能，故重力势能的减少量大于动能的增加量，C正确；D没有采用多次实验取平均值的方法不会使重力势能的减少量大于动能的增加量，D错误；故选C。4气垫导轨通过小气孔喷出压缩空气，可以使滑块运动时受到导轨的阻力很小，现有一气垫导轨上固定有相距s的光电门1和光电门2，连接的光电计时器可以自动记录遮光物体通过光电门的时间，如图甲所示。小红、小兰两同学用此气垫导轨来验证机械能守恒定律。（1）小红把气垫导轨倾斜30，让带有宽为d=0.2cm的遮光条的滑块从斜面的顶端A处静止滑下，光电计时器显示的挡光时间分别为t1=2.5
10、0ms、t2=0.80ms。已知滑块（含遮光条）的质量为m=0.2kg，光电门1和2之间的距离为s=0.60m，取重力加速度大小g=9.80m/s2，求：（结果均保留两位有效数字）滑块经过光电门1时的速度v1=_m/s；滑块通过光电门1、2的动能增加量为_J，重力势能的减少量为_J；动能的增加量与重力势能的减少量不完全相等的原因可能是_。（2）小兰将小红用过的气垫导轨放在水平桌面上调至水平，用细线连接砝码和滑块，将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，砝码落地前挡光条已通过光电门2，读出滑块分别通过光电门1和光电门2的挡光时间t3和t4，用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出
11、托盘和砝码的总质量m。计算出滑块和挡光条的动能及托盘和砝码的动能，在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，如果满足关系式_，则也可验证机械能守恒定律。（用M、m、g、s、d、t3、t4中的符号表示结果）【答案】 0.80 0.56 0.59 有摩擦阻力做功，使滑块的机械能减少 【详解】（1）1滑块经过光电门1时的速度为2滑块经过光电门2时的速度为滑块通过光电门1、2的动能增加量为3滑块通过光电门1、2重力势能的减少量为4动能的增加量与重力势能的减少量不完全相等的原因可能是有摩擦阻力做功，使滑块的机械能减少。（2）5滑块通过光电门1、2的速度分别为；在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，若机械
12、能守恒，则需要满足关系式即5阿特伍德机是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，常用来研究匀变速直线运动的规律。现对该装置加以改进，利用改进后的装置（如图所示）验证机械能守恒定律。轻绳两端系着质量均为M的重物A（含挡光片）、B（含挂钩），物块B上放一质量为m的金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物块B的正下方，金属片C不能穿过圆环而B可以穿过，金属片C到圆环的高度为h，固定在A上的挡光片到光电门的竖直距离大于h，挡光片的宽度d。（1）为了完成实验还需要记录或测量的物理量是_A物块B运动到圆环处的时间tB挡光片到光电门的竖直距离lC刚刚释放时物块AB之间的距离D挡光片穿过光
13、电门的时间（2）为了减小实验误差进行多次实验，改变物块B的初始位置，使物块B从不同的高度由静止下落穿过圆环，记录每次金属片C与圆环间的高度h以及挡光片穿过光电门的时间，通过描点作图，为了得到一条过原点的直线，则应该绘制的图像是_（选填“ht”、“”、“”），则该直线的斜率k=_（用字母m、g、M、d表示）。【答案】 D 【详解】（1）1ABC要验证机械能守恒定律，金属片C到圆环的高度为h是已知条件，所以不需要测物块B运动到圆环处的时间t、挡光片到光电门的竖直距离l、物块AB之间的距离，ABC错误；D需要测出重物运动至光电门的速度，就必须测出挡光片穿过光电门的时间，所以D正确。故选D。（2）2重
14、物A运动到光电门时的速度由机械能守恒定律可有联立以上两式解得因此绘制的图像是，此图线是一条过原点的直线。3 则该直线的斜率为6为“验证机械能守恒定律”，某研究小组采用了如图所示实验装置，装置中包括两个定滑轮，细线，A、B两重物（mA”或“=”或“ 9.6【详解】（1）1释放物体B，B向下运动，A向上运动，则重力势能减小量为2设B下落h时两物块速度为v，则有即动能增加量为（2）3由于空气阻力等因素的影响，重力势能会有一部分转化为内能，则重力势能改变量大于动能改变量。（3）4根据实验原理，有整理可得根据图像可知可得7某同学对竖直上抛小球的上升过程和下落过程分别进行频闪照相，并利用其中一张频闪照片验
15、证机械能守恒定律。已知频闪仪每隔0.1s闪光一次，g=9.8m/s2，小球质量m=0.5kg，如图所示数据为小球通过的实际距离，单位为cm。（1）小球在位置2和位置5之间运动时，动能变化量的绝对值为=_J，重力势能变化量的绝对值为=_J；（结果保留3位有效数字）（2）在误差允许的范围内，若与近似相等，即可验证机械能守恒定律。由上述计算可知，拍摄此照片时小球处于_（选填“上升”或“下落”）阶段。【答案】 4.71 4.66 上升【详解】（1）1小球在位置2和位置5的速度大小分别为；所以小球在位置2和位置5之间运动时，动能变化量的绝对值为2小球在位置2和位置5之间运动时，重力势能变化量的绝对值为（
16、2）3当小球下落时，克服空气阻力做功，重力势能在大部分转化为动能的同时，还有一小部分转化为内能，所以重力势能的减少量大于动能的增加量；当小球上升时，克服空气阻力做功，动能在大部分转化为重力势能的同时，还有一部分转化为内能，所以动能的减少量大于重力势能的增加量，因为，所以拍摄此照片时小球处于上升阶段。8利用如图所示装置来验证机械能守恒定律，该装置在竖直平面内标有表示圆心角的刻度，最低点装有光电门。现将一不可伸长的细线穿过带孔的小钢球（质量为m），让小钢球从刻度处由静止释放（如图1），摆球通过光电门时间为t，已知当地重力加速度为g。（1）利用刻度尺测量摆绳长R；螺旋测微器测量小钢球的直径D，由图2
17、可知小钢珠的直径D是_mm。（2）通过最低点时小球的动能EK=_；从静止释放到最低点的过程中重力势能的减小量EP=_。（用题中物理量R、m、q、t、g、D表示）（3）将此过程中小球的重力势能的减小量和动能的增加量进行比较，实验结果往往是重力势能的减小量略大于动能的增加量。写出一条提高实验精确度的建议_。【答案】 6.122#6.123#6.124#6.125 多次测量，结果取平均值或适当增大小球质量或适当减小小球体积或增大小球密度（选用钢球、铜球等）【详解】（1）1螺旋测微器的可动刻度每一小分度表示0.01mm，所以螺旋测微器可准确到0.01mm。螺旋测微器的读数为6mm+12.30.01mm=6.123mm（2）2光电门测得小球在最低点的速度为，则3小球下降的高度重力势能的减少量为（3）4提高实验确度的建议：多次测量，结果取平均值或适当增大小球质量或适当减小小球体积或增大小球密度（选用钢球、铜球等）。
