1、实验：验证机械能守恒定律(40分钟100分)1.(6分)下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是()A.重物质量的称量不准会造成较大误差B.重物质量选用得大些，有利于减小误差C.重物质量选用得较小些，有利于减小误差D.纸带下落和打点不同步不会造成较大误差【解析】选B。从需要验证的关系式ghn=看，与质量无关，A错误；当重物质量大一些时，空气阻力可以忽略，B正确、C错误；纸带先下落而后打点，此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是重物在打第一个点时就有了初动能，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，D错误。2.(6分)(多选)为验证
2、在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用DIS设计了一个实验，实验装置如图所示，图中A、B两点分别固定了两个光电门，它们可以近似测出运动物体的瞬时速度。在实验中测得物体经过A点时的速度为v1，经过B点时的速度为v2，为了证明物体经过A、B两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个步骤，你认为其中必要或者正确的是()A.用天平测出物体的质量B.用刻度尺测量A、B两点间的竖直距离C.利用m-m算出物体从A点运动到B点的过程中重力势能的变化量D.验证-与2gh是否相等【解析】选B、D。根据机械能守恒的表达式，可知不需要测量质量，故A错误；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
3、要测量AB之间的距离h，故B正确；从A点运动到B点的过程中重力势能的变化量Ep=mgh，利用m-m算出物体从A点运动到B点的过程中动能增加量，故C错误；根据机械能守恒有：mgh=m-m，即验证-与2gh是否相等，故D正确。3.(9分)在验证机械能守恒定律的实验中，现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_。(填入正确选项前的字母)A.米尺B.秒表C.012 V的直流电源D.012 V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有_。(写出两个原因)【解析】(1)打点计时器使用的电源为交流电源，故应选取012
4、 V的交流电源，D正确；利用米尺测量纸带上各点间的距离，A正确。本实验中利用打点计时器作为计时工具，所以不需要秒表，B错误。(2)实验误差的来源主要是由于纸带在下滑的过程中需要克服摩擦力做功，以及用米尺测量数据时读数有误差。答案：(1)A、D(2)纸带和打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差。4.(12分)如图所示，两个质量分别为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1m2。现要利用此装置验证机械能守恒定律。(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有_。(填入选项前的编号)物块的质量m1、m2；物块A下落的距离及下落这段
5、距离所用的时间；物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；绳子的长度。(2)为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出了以下建议：绳的质量要轻；在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；两个物块的质量之差要尽可能小。以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_。(填入选项前的编号)(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：_。【解析】(1)通过连接在一起的A、B两物块验证机械能守恒定律，即验证系统的势能变化与动能变化是否相等，A、B连接在一起，A下降的距离一定等于B上升的距离；A、B速度大小总是相等的，故不需要测量绳子的长度和B上升的距离
6、及时间。(2)如果绳子质量不能忽略，则A、B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能，从而为验证机械能守恒定律带来误差；若物块摇摆，则两物块的速度有差别，也会为计算系统的动能带来误差；绳子长度和两个物块质量差应适当。(3)多次测量取平均值可减少测量误差；选取受力后相对伸长量尽量小的绳子，可提高测量高度的准确度。答案：(1)(或)(2)(3)对同一高度进行多次测量取平均值；或选取受力后相对伸长量尽量小的绳5.(12分)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0.05 s闪光一次，图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表(当地重力加速度取9.8 m/s2，
7、小球质量m=0.2 kg，计算结果保留三位有效数字)：时刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(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。【解析】(1)t5时刻小球的速度v5=10-2 m/s=3.48 m/s；(2)从t2到t5时间内，重力势能增量Ep=mgh25=0.29.8(23.68+21.16+18.66)10-2 J=1.24
8、J，动能减少量Ek=m-m=1.28 J；(3)EpEk，没有接通电源就释放了纸带答案：(1)3.48(2)1.241.28(3)没有接通电源就释放了纸带6.(12分)用落体法探究机械能守恒定律的实验装置如图所示。(1)实验中打点计时器所接的电源是_(选填“A”或“B”)。A.直流电B.交流电(2)操作时，释放纸带与接通电源的合理顺序应是_(选填“A”或“B”)。A.先释放纸带，再接通电源B.先接通电源，再释放纸带(3)为了减小由于阻力带来的实验误差，应选用的重物是_(选填“A”或“B”)。A.质量为200 g的铁质重锤B.质量为200 g的木球(4)有下列器材可供选用：重锤、铁架台、打点计时
9、器、复写纸、纸带、秒表、低压交流电源、导线、电键、天平、刻度尺。其中不必要的器材有_。(5)下列关于实验误差的说法中，正确的是_(填序号)。A.重锤质量的称量不准会造成较大误差B.重锤质量选用得大些，有利于减小误差C.重锤质量选用得较小些，有利于减小误差D.先释放重物，后接通电源会造成较大误差(6)最后的结果发现重力势能的减少量略大于动能的增加量，请说出原因_(一条即可)。【解析】(1)打点计时器的打点频率等于交流电的频率，打点计时器应使用交流电源。故B项正确，A项错误。(2)若先释放纸带，再接通电源，由于重物下落较快，纸带上得到的点迹较少，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差；释放
10、纸带与接通电源的合理顺序应是先接通电源后释放纸带。故B项正确，A项错误。(3)为了减小由于阻力带来的实验误差，相同质量的重物，体积应选小的，即应选铁质重锤而不是木球。故A项正确，B项错误。(4)实验中借助打点计时器记录重物的运动时间，不需要秒表。实验验证机械能守恒，即验证重力势能的减少量mgh与动能增加量mv2的关系；可不测质量，验证gh与v2的关系，所以天平也不需要。(5)实验中重物的质量不必要测量，重锤质量的称量不准，不会造成误差，故A项错误；为了减小阻力的影响，重锤应选择质量大一些、体积小一些的，故B项正确，C项错误；先释放重物，再接通电源，由于重物下落较快，纸带上得到的点迹较少，不利于
11、数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D项正确。(6)重力势能的减少量略大于动能的增加量，是由于纸带与计时器间阻力(或空气阻力)带来的影响.答案：(1)B(2)B(3)A(4)天平、秒表(5)B、D(6)空气阻力(摩擦阻力)7.(15分)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6 V的交流电和直流电两种，重物从高处由静止开始落下，重物拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，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端上；C.用天平测量出重物的质
12、量；D.先释放悬挂纸带的夹子，后接通电源开关打出一条纸带；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物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_；操作不恰当的步骤是_。(2)某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，打下的一条纸带如图所示，0点为起始点，测得3点、6点、9点与第一点0间的距离分别为hA=1.75 cm，hB=7.00 cm，hC=15.70 cm，交流电的周期是0.02 s，当地的重力加速度g=9.8 m/s2，设重物的质量是m=1.00 kg，则从0点到6点，重物的动能增量Ek=_J，重物重力势能减少量Ep=_J。(保留2位有效数
13、字)(3)由此得出的结论是_。【解析】(1)因为我们是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去，不需要用天平，故C没有必要；打点计时器应接到电源的“交流输出”上，故B错误；先接通电源，再释放纸带，打出一条纸带，故D错误。(2)利用匀变速直线运动的推论有：v6= m/s=1.162 5 m/s动能增量Ek=m=0.68 J从0到打下计数点6的过程中，重物重力势能减小量为Ep=mghB=1.09.80.07 J=0.69 J。(3)在误差允许范围内重力势能减少量等于动能的增加量。答案：(1)CB、D(2)0.680.69(3)在误差允许范围内重力势能减少量等于动能的增加量8.(12分)甲、乙两个实
14、验小组利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，选用不同的重锤，按正确操作各自得到了一条纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图甲、乙所示。实验中，两组实验时，重锤均从同一高度释放，纸带上各点均是打点计时器打出的点。(1)重锤从A运动到C的时间是_s。(2)应选用纸带_(选填“甲”或“乙”)来验证机械能守恒定律更合理，简要说明理由：_。(3)根据你选择的纸带，为了测量CE过程中的Ek和Ep，则应测量纸带上相应打印点间距离的长度，下列合理的是测量_(填序号)。A.AC、AD和AE的长度 B.BD、CE和DF的长度C.AC、CE和AE的长度D.AE、CD和
15、AC的长度【解析】(1)两相邻计数点之间的时间间隔为0.02 s，则重锤从A运动到C的时间是0.04 s。(2)应选用纸带甲来验证机械能守恒定律更合理，理由是：由纸带上点迹分布可知，甲的加速度大，所受的阻力小。(3)要求解C点的速度，则需要测量BD之间的距离；要求解E点的速度，则需要测量DF之间的距离；要求解从C到E的重力做功，需要测量CE的距离；故选B。答案：(1)0.04(2)甲甲的加速度大，所受的阻力小(3)B9.(16分)“落体法”是验证机械能守恒定律的主要方法之一，请回答下列问题：(1)完成该实验时，其中一个重要的步骤是，接通电源释放纸带，则如图1所示操作合理的是_；(2)某次操作得
16、到了如图2所示的纸带，已知打点周期为T、重锤的质量为m，依次测出了各计时点到第一个计时点O的距离如图2中所示，打A点时重锤的动能应为_，如果选取A到E的过程完成机械能守恒定律的验证，则需要验证的关系式为_；(3)如果某次实验时，发现动能的增加量略大于重力势能的减小量，请分析出现这种现象的原因可能为_(填序号)。A.在测量重锤质量时测量的不准确B.所使用的交流电源的实际频率小于50 HzC.摩擦力或阻力太大【解析】(1)在验证机械能守恒定律的实验中，应让重锤紧靠打点计时器，手拉着纸带的上方，保持纸带竖直，由静止释放，操作比较合理的应为D；(2)A点的瞬时速度vA=，则打A点时重锤的动能EkA=m
17、=；如果选取A到E的过程，则该过程中重锤在这段时间内重力势能的减少量Ep=mg(h4-h1)，重锤运动到E点时的速度vE=，则需要验证的关系式为m-m=mg(h4-h1)，则整理后为=g(h4-h1)；(3)实验报告显示重锤增加的动能略大于重锤减少的重力势能，说明测量的重锤的速度偏大或者是重锤的重力势能偏小。由于两式中都有质量，所以与重锤质量无关，故A错误；如果实际频率小于50 Hz，则会造成打点的实际周期大于0.02 s，计算重锤动能的增加量时会偏大，则可能造成动能的增加量略大于重力势能的减少量，故B正确；重锤下落时受到的阻力过大，则动能的增加量偏小，故C错误。答案：(1)D(2)=g(h4-h1)(3)B
