1、第七章第9节实验：验证机械能守恒定律1(多选)在“验证机械能守恒定律”的实验中，对于自由下落的重物，下述选择的条件中哪种更为有利A只要足够重就可以B只要体积够小就可以C既要足够重，又要体积非常小D应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲解析选重物时，应尽量选取质量大、体积小的物体，增大质量可使阻力的影响相对减小，减小体积可以减小空气的阻力，故C、D正确，A、B错误。答案CD2(多选)本实验中，除铁架台、夹子、低压交流电源、纸带和重物外，还需选用的仪器是A秒表B刻度尺C天平 D打点计时器解析实验中需要测量纸带上两点间的距离，故B对；需要利用打点计时器打出纸带，故D对；不需要测质量
2、，故C错；不需要测时间，故A错。答案BD3在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具直接测量的有A重锤的重量B重力加速度C重锤下落的高度D与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度解析验证机械能守恒的方程式为mghmv2，即ghv2，所以只需要测出h、v即可。g为当地的重力加速度，而v是根据打出的纸带测量计算出来的。答案C4某同学利用重物自由下落来“验证机械能守恒定律”的实验装置如图794甲所示。图794(1)请指出实验装置中存在的明显错误：_；(2)进行实验时，为保证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，
3、选取纸带上连续打出的1、2、3、4四个点如图794乙所示。已测出1、2、3、4到打出的第一个点O的距离分别为h1、h2、h3、h4，打点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)。解析(1)从题图甲中的实验装置中发现，打点计时器接在了“直流电源”上，打点计时器的工作电源是“低压交流电源”。因此，明显的错误是打点计时器不能接在“直流电源”上。(2)为了使纸带上打下的第1个点是速度为零的初始点，应该先接通电源，让打点计时器正常工作后，再释放纸带，若先释放纸带，再接通电源，当打点计时器打点时，纸带已经下落，打下的第1个点的速
4、度不为零。因此，为保证重物下落的初速度为零，应先接通电源，再释放纸带。(3)根据实验原理，只要验证ghnv即可验证机械能守恒定律，因此需求解v3。根据匀变速直线运动规律关系式可得，v3，则有v，故只要在误差允许范围内验证gh3成立，就可验证重物下落过程中机械能守恒。答案(1)打点计时器不能接“直流电源”(或打点计时器应接“交流电源”)(2)A(3)限时45分钟满分60分一、选择题(每小题4分，共20分)1(多选)关于“验证机械能守恒定律”实验的误差，下列说法中正确的是A重物质量的称量不准会造成较大误差B重物质量选得大些，有利于减小误差C重物质量选得较小些，有利于减小误差D先释放纸带后接通电源会
5、造成较大误差解析在“验证机械能守恒定律”实验中，我们只需比较ghn与的值即可验证机械能守恒定律是否成立，与重物质量无关，A错误。若将重物质量选得大些，则在重物下落过程中空气阻力的影响较小，有利于减小误差，B正确，C错误。先释放纸带后接通电源时，会造成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，而我们计算动能增加量时认为初动能为零，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，会造成较大误差，故D正确。答案BD2用图795所示装置验证机械能守恒定律，由于电火花计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大的
6、阻力，这样实验造成的结果是图795A重力势能的减少量明显大于动能的增加量B重力势能的减少量明显小于动能的增加量C重力势能的减少量等于动能的增加量D以上几种情况都有可能解析由于重物下落时要克服阻力做功，重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能，故重力势能的减小量大于动能的增加量，A正确。答案A3(多选)如图796所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带。有关尺寸在图中已注明。我们选中n点来验证机械能守恒定律。下面举一些计算n点速度的方法，其中正确的是图796An点是第n个点，则vngnTBn点是第n个点，则vng(n1)TCvnDvn答案CD4在验证机械能守恒定律的实验中，某同
7、学依据纸带求得相关各点的瞬时速度以及与此相对应的下落距离h，以v2为纵轴，以h为横轴，建立坐标系，描点后画出变化图线，从而验证机械能守恒定律。若所有操作均正确，测得到的v2h图像应是图797中的图797解析要验证机械能守恒，只需证明mghmv2即可，也就是证明v2gh，如以v2为纵坐标，h为横坐标，则图像为一过原点的直线，且斜率为2g，故C选项正确。答案C5在“验证机械能守恒定律”的实验中，得到如图798所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是后面的一些点。算出打下B、C两点时，重物速度分别是vB、vC，量得B、C两点间的距离为h，那么验证机械能守恒的表达式可写为图798
8、AghvvBghvvCvCvBaTDvv2gh解析从BC的过程Epmgh，Ekmvmv。答案B二、综合题(共40分)6(4分)在下列“验证机械能守恒定律”的实验步骤中，选择正确的实验步骤，并按次序排列为_。A用天平测出重物的质量B把打点计时器竖直地夹稳在铁架台上C接通电源，松开纸带D松开纸带，接通电源E用秒表记下重物下落的时间F取下纸带，重复上述实验3次G将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器并用手提住，使重物靠近打点计时器H选取理想纸带，对几个方便的点测量并计算，看mgh和mv是否相等。解析实验时应先把打点计时器竖直地夹稳在铁架台上，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器并用手提住，使重
9、物靠近打点计时器，然后接通电源，松开纸带，取下纸带，重复上述实验3次，最后选取理想纸带，对几个方便的点测量并计算，看mgh和mv是否相等，故正确的实验步骤应该为B、G、C、F、H。答案BGCFH7(8分)在用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中：(1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为：_。A打点计时器(包括纸带)B重锤C天平D毫米刻度尺E秒表F运动小车(2)打点计时器的安装放置要求为_；开始打点计时的时候，应先_，然后_。(3)计数时对所选用的纸带要求是_。(4)实验中产生系统误差的主要原因是_；使重锤获得的动能往往_，为减小误差，悬挂在纸带下的重锤应选择_。(5)如果以v2为纵轴，以h
10、为横轴，根据实验数据绘出的hv2图线是_，该线的斜率等于_。解析(1)根据实验原理可知选用的器材为A、B、D。(2)打点计时器的安装放置要求底板要竖直，打点计时器靠近底板安装并固定。实验时应先接通电源，再释放纸带。(3)计数时对所选用的纸带要求是点迹清晰，最初两点间距离接近2 mm。(4)实验中纸带通过打点计时器的阻力是产生系统误差的主要原因。由于阻力的作用使重锤获得的动能往往小于它所减少的重力势能。为减小误差，悬挂在纸带下的重锤应选择质量大、密度大的。(5)若满足机械能守恒应有v2gh，故hv2图线是一条过原点的倾斜直线，该线的斜率等于重力加速度。答案(1)ABD(2)底板要竖直，打点计时器
11、靠近底板安装并固定接通电源释放纸带(3)点迹清晰，最初两点间距离接近2 mm(4)纸带通过打点计时器的阻力小于它所减少的重力势能质量大、密度大的重锤(5)一条过原点的倾斜直线重力加速度8(8分)如图799为利用气垫导轨(滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略)验证机械能守恒定律的实验装置，完成以下填空。图799实验步骤如下：将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平。测出挡光条的宽度l和两光电门中心之间的距离s。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，要求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t1和t2。用天平称出滑块和挡光
12、条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。滑块通过光电门1和光电门2时，可以确定系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1_和Ek2_。在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量Ep_。(重力加速度为g)如果满足关系式_，则可认为验证了机械能守恒定律。解析滑块通过光电门的速度v1，v2所以Ek1(Mm)v(Mm)()2Ek2(Mm)v(Mm)()2系统重力势能的减少量等于托盘和砝码重力势能的减少量Epmgs。若EpEk2Ek1，则验证了机械能守恒定律。答案(Mm)()2(Mm)()2mgsEpEk2Ek19(10分)某同学做“验证机械能守恒定律”实验时，不慎将一条挑
13、选出的纸带一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图7910中，单位是cm。打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2。图7910(1)重物在2点的速度v2_，在5点的速度v5_，此过程中动能增加量Ek_，重力势能减少量Ep_。由以上可得出实验结论_。(2)根据实验判断下列图7911中正确的图像是(其中Ek表示物体动能的变化量，h表示物体下落的高度)图7911解析(1)根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度v2 m/s1.50 m/s和重物在5点的速度v5 m/s2.075 m/s，所以动能增加量为Ekvv1.03m J，我们选5
14、点为重力势能参考点，则重力势能减少量为Epmgh25m9.8(3.23.64.0)102 J1.06m J，由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒。(2)物体机械能守恒，应有物体减少的重力势能转化为增加的动能，即Ekmgh，可见物体增加的动能与下落的距离成正比，选项C正确。答案(1)1.50 m/s2.075 m/s1.03m J1.06m J在误差允许的范围内，机械能守恒(2)C10(10分)现利用如图7912所示装置验证机械能守恒定律。图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑
15、下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00102 s、2.00102 s。已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度。图7912(1)滑块经过光电门1时的速度v1_m/s，通过光电门2时的速度v2_m/s；(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为_J，重力势能的减少量为_J。解析(1)v1 m/s1.00 m/sv2 m/s2.50 m/s(2)动能增加量Ek2.00(2.5021.002) J5.25 J重力势能的减少量：Ep2.009.800.54sin30 J5.29 J。答案(1)1.002.50(2)5.255.29