1、1实验 6.2 验证机械能守恒定律考题实战 掌握高考脉搏1(2015浙江理综，21)甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验。图 1(1)图 1 中 A、 B、 C、 D、 E 表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材_；乙同学需在图中选用的器材_。(用字母表示)图 2(2)某同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图 2 所示的两条纸带和。纸带_的加速度大(填“”或“”)，其加速度大小为_。【答案】 (1)AB BDE (2) (2.50.2) m/s 222015 广东理综，34(1)某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度。请完成以下主
2、要实验步骤：按图(a)安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物2_(填“靠近”或“远离”)计时器下端；_，_，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验。图(b)和(c)是实验获得的两条纸带，应选取_(填“b”或“c”)来计算重力加速度。在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和_。【答案】 靠近 先接通打点计时器电源，再释放纸带b 纸带与打点计时器之间有摩擦3（2016上海卷）在“用 DIS 研究机械能守恒定律”的实验中，用到的传感器是 传感器。若摆锤直径的测量值大于其真实值会造成摆锤动能的测量值偏 。（选填：“大”或“小
3、”）。【解析】在实验中，摆锤的速度通过光电门进行测量，测量的速度是通过小球直径 d与挡光时间的比值进行计算，为： tdv，当摆锤直径测量值大于真实值时，小球直径 d会变大，导致计算出的小球速度变大，故小球动能也会变大。【答案】光电门；大42016北京理综，22(2)利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。3图甲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速度变化量与势能变化量C速度变化量与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 B刻度尺 C天平(含砝码)实验中
4、，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。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，重物的重力势能变化量 Ep_，动能变化量 Ek_。图乙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2ghC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，测量它们到起始点 O 的
5、距离 h，计算对应计数点的重物速度 v，描绘 v2 h 图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下4落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确的。该同学的判断依据不正确，在重物下落 h 的过程中，若阻力 f 恒定，根据 mgh fh mv20，则12v22( g )h 可知， v2 h 图象就是过原点的一条直线。要想通过 v2 h 图象的方法验证机械能是否守恒，fm还必须看图象的斜率是否接近 2g。【答案】 A AB mghB m( )2 C12 hC hA2T不正确，理由见解析5(2016 江苏卷，11)某同学用如图 1 所示的装置验证机械能守恒定律一根细线系住钢球，悬
6、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dt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 Ep与动能变化大小 Ek，就能验证机械能是否守恒图 1(1) Ep 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5C钢球在 A 点时的底端(2)用 Ek mv2计算钢球动能变化的
7、大小用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图 2 所示，其读数为 12_cm.某次测量中，计时器的示数为 0.0100 s，则钢球的速度为 v _m/s.图 2(3)下表为该同学的实验结果： Ep(102 J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 Ek(102 J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8他发现表中的 Ep与 Ek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 (1.491.51 都算对) 1.50 (1.491.51 都算对)(3)不同意，因为空气阻力会
8、造成 Ek小于 Ep，但表中 Ek大于 Ep(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度为 L 和 l，计算 E k时，将 v 折算成钢球的速度 v vlL6(2016全国卷，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)6图(b)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
9、落的速度大小为_，重物下落的加速度大小为_。(2)已测得 s18.89 cm， s29.50 cm， s310.10 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。mg F 阻 ma由已知条件 F 阻 0.01 mg由得 a0.99 g由得 f ，代入数据得 f40 Hz2as3 s1【答案】 (1) (s1 s2) (s2 s3) (s3 s1) (2)40f2 f2 f227.(2017天津卷，9(2)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(1)对于该实验，
10、下列操作中对减小实验误差有利的是 _.7A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，撤手释放重物(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到 50 Hz 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，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，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有 _.A OA、 AD 和 EG 的长度B OC、 BC 和 CD 的长度C BD、 CF 和 EG 的长度D AC、 BD
11、和 EG 的长度【答案】 (1)AB (2)BC考法模拟 悟透破题之道8(2018青岛二中高考打靶卷)某活动小组利用图甲装置验证机械能守恒定律钢球自由下落过程中，8先后通过光电门 A、 B，计时装置测出钢球通过 A、 B 的时间分别为 tA、 tB.用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度测出两光电门间的距离为 h，当地的重力加速度为 g.(1)用 20 分度游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢球直径为 D _cm.(2)要验证机械能守恒，只要比较 _.A D2( )与 gh 是否相等1t2A 1t2BB D2( )与 2gh 是否相等1t2A 1t2BC D2( )与
12、 gh 是否相等1t2B 1t2AD D2( )与 2gh 是否相等1t2B 1t2A(3)钢球通过光电门的平均速度 _(选填“”或“”)钢球球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差 _(选填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小【答案】 (1)0.950 (2)D (3) 不能9（2016 湖北省八校高三第一次联考）某同学用如图所示装置来验证机械能守恒定律将单摆用磁铁悬挂在铁质黑板上的 O 点，在 O 点下方将穿在圆环状磁铁的细铁钉同样吸在黑板上的 P 点，同时在黑板上用粉笔画一条水平线 MN，将细线拉直，让非磁性摆球从 MN 上的 A 点由静止释放当其摆至另一侧最高点时，观察其位置是否在水
13、平线上，从而验证摆球在此过程中在误差范围内机械能是否守恒9（1）为进行多次实验验证，该同学通过调整 ，然后再次重复实验。（2）在实验中，该同学发现小球摆至右侧最高点时位置总比水平线 MN 略低，造成该结果的原因是 （写出一条即可）。【解析】【答案】 P 点的位置或水平线的高度 空气阻力或黑板阻力或与铁钉接触过程能量损失均可 10在利用电磁打点计时器(所用电源频率为 50Hz)“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)某同学用如图甲所示装置进行实验,得到如图乙所示的纸带,把第一个点(初速度为零)记作 O 点,测出点O、A 间的距离为 68.97cm,点 A. C 间的距离为 15.24cm,点 C.
14、 E 间的距离为 16.76cm,已知当地重力加速度为 9.80m/s2,重锤的质量为 m=1.0kg,则打点计时器在打 O 点到 C 点的这段时间内,重锤动能的增加量为_J,重力势能的减少量为_J.(结果精确到小数点后两位)(2)由于阻力的作用,导致加速度发生变化,利用该装置可以测量重锤下落的加速度 a=_m/s2.【解析】(1)C 点的速度等于 AE 段的平均速度, smvC/4/08.1.)762415(,则动能的增加量8.0J1621KmvE10重力势能的减小量 8.25J.01)24.597.68(. mghEP(2) 根据逐差法得： 22 /.9/0.1smsTxa【答案】(1)8
15、.00；8.25 (2)9.511在用“打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，质量为 m=1.00kg 的重物拖着纸带竖直下落，打点计时器在纸带上打下一系列点，如图所示，相邻计数点间的时间间隔为 0.04s，P 为纸带运动的起点，从 P 点到打下 B 点的过程中重力势能的减少量 PE_J，在此过程中物体的动能增量kE_J，（ 29.8/gms，答案表刘三位有效数字）。用 v 表示各计数点的速度，h 表示各计数点到 P 点的距离，以2v为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据绘出2的图线，该图线的斜率表示某个物理量的数值时，说明重物下落过程中的机械能守恒，该物理量是_。【解析】11利用 hv2图线
16、处理数据，物体自由下落过程中机械能守恒，有： 21mvgh，即： g1所以以 hv2为纵轴，以 h 为横轴画出的图线应是过原点的倾斜直线。那么 图线的斜率就等于当地重力加速度 g.【答案】2.28 2.26 当地重力加速度 g.12(2016湖南十三校联考)(4 分)如图所示，某同学想利用滑块在倾斜气垫导轨上的运动来验证机械能守恒定律。实验步骤如下：将长为 L、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高 H，在导轨上靠右侧 P 点处安装一个光电门用 20 分度的游标卡尺测量滑块上遮光条的宽度 d接通气源及光电计时器，将滑块从导轨靠近左端某处自由释放。测得滑块通过光电门时遮光时间为 t。阅读上面的实验步
17、骤回答下列问题：(1)实验中已知当地重力加速度为 g，除上述步骤中测量的物理量之外，还需测量的物理量是_。A滑块的质量 MB气垫导轨的倾斜角度 C滑块释放处遮光条到光电门的距离 xD滑块从开始运动至到达光电门所用的时间 t(2)请用题中所给的物理量及第(1)问中所选的物理量写出本实验验证机械能守恒的表达式_。12【答案】 (1)C (2)2 gxH Ld2 t213(2016 河南信阳一调)如图为验证小球做自由落体运动时机械能守恒的装置图，图中 O 点为释放小球的初始位置， A、 B、 C、 D 各点为固定速度传感器的位置， A、 B、 C、 D、 O 各点在同一竖直线上。(1)已知当地的重力
18、加速度为 g，则要完成实验，还需要测量的物理量是_。A小球的质量 m B小球下落到每一个速度传感器时的速度 vC各速度传感器与 O 点之间的竖直距离 hD小球自初始位置至下落到每一个速度传感器时所用的时间 t(2)作出 v2 h 图象，由图象算出其斜率 k，当 k_时，可以认为小球在下落过程中机械能守恒。(3)写出对减小本实验误差有益的一条建议：_。【答案】 (1)BC (2)2 g (3)见解析14(2016 新疆乌鲁木齐二诊)某兴趣小组设计了如下的实验，验证弹簧弹性势能的公式 Ep kx2，式中 k1213是劲度系数， x 是形变量(压缩量或伸长量)。提供的器材：刻度尺、木板、木块、长度不
19、同的弹簧(材料和规格相同)若干。第一步：验证弹性势能与形变量的关系。水平放置的木板左端固定一个弹簧，弹簧处于原长状态，木板与弹簧恰好接触并静止于 O 点。用外力将木块向左推至 A 点后释放，木块在运动过程中与弹簧脱离，最终停在 B 点。测得 O、 B 间的距离为 x1， A、 B间的距离为 x2。重复上述过程多次。(1)若以_为横轴，以 x2为纵轴做出的图象为过原点的直线，就验证了弹簧的弹性势能与其形变量的平方成正比的结论。第二步：验证弹性势能与劲度系数的关系(2)通过推导可得材料和规格相同但长度不同的弹簧，其劲度系数与弹簧的长度成_比。换用不同长度 L 的弹簧实验，保证弹簧每次有相同的形变量
20、，测得多组 x2。若以 为横轴，以_为纵轴做出1L的图象为过原点的直线，这就验证了弹簧形变量相同时，弹簧的弹性势能与其劲度系数成正比的结论。(3)用本实验提供的器材和方法_(填“能”或“不能”)验证弹性势能公式中的系数 。12【答案】 (1)( x2 x1)2 (2)反 x2 (3)不能15用如图甲所示的实验装置验证 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如图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0 是打下的一个点，每相邻两计数点间还有 4 个点(图中未标出)，所用电源的频率为 50 14Hz，计数
21、点间的距离如图所示已知 m150 g、 m2150 g，则：(结果均保留两位有效数字)(1)在纸带上打下计数点 5 时的速度 v5 _ m/s；(2)在打下第 0 点到打下第 5 点的过程中系统动能的增量 Ek _ J，系统重力势能的减少量 Ep _ J；(取当地的重力加速度 g10 m/s 2)(3)若某同学作出 v2h 图象如图丙所示，则当地的重力加速度 g _ m/s 2.12图丙【答案】 (1)2.4 (2)0.58 0.60 (3)9.71516在利用“落体法”探究机械能守恒定律时，实验装置如图甲所示，具体操作如下：按照图甲中的装置组装实验器材；将下端拴接重物的纸带穿过打点计时器的限
22、位孔，使纸带呈竖直状态，且使重物靠近打点计时器；接通电源，待打点计时器打点稳定后释放纸带，在纸带上打下一系列的点；换用新纸带多次重复上述操作；从其中选择一条点迹清晰的纸带，如图乙所示，测量出图乙中的计数点 1、2、3 到打点计时器所打的第一个点 0 的间距分别为 h1、 h2、 h3.由以上操作回答下列问题：(1)如果重物的质量为 m，打点计时器的打点周期为 T，重力加速度用 g 表示，则当打点计时器打下计数点 2 时重物动能的增加量为 _，重力势能的减少量为 _；(2)如果以打 0 点时重物的位置为零势能点，求出重物下落任一高度时的动能以及重力势能，根据得出的多组数据，建立如图丙所示的坐标系
23、，其中图线 A 为重物的重力势能的绝对值随下落高度的变化规律图线，图线 B 为重物的动能随下落高度的变化规律图线，且两图线的斜率分别为 kA、 kB.两图线没有重叠的原因是_.【答案】 (1) mgh2 (2)重物和纸带下落过程中需要克服阻力做功m h3 h1 28T217利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，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和一质量为 m 的小球相连；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 点到光电门 B
24、 处的距离， b 表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过 B 点时的瞬时速度，实验时滑块在 A 处由静止开始运动16(1)某次实验测得倾角 30，重力加速度用 g 表示，滑块从 A 处到达 B 处时 m 和 M 组成的系统动能增加量可表示为 Ek _，系统的重力势能减少量可表示为 Ep _，在误差允许的范围内，若 Ek Ep，则可认为系统的机械能守恒(用题中字母表示)(2)在上次实验中，某同学改变 A、 B 间的距离，作出的 v2d 图象如图乙所示，并测得 M m，则重力加速度 g _ m/s 2.【答案】 (1) )2(Mmgd (2)9.6 M m b22t218(20
25、16 安徽省八校高三期中)某实验小组用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。(1)实验中除了打点计时器，还必须用到的测量工具为_。(2)在实验操作和数据处理过程中，下列做法必须有的是_。A用天平测出重物的质量B为减小长度测量的误差，处理纸带时每五个点取一个计数点C必须选择打的第 1 个点与第 2 个点的间隔约为 2 mm 的纸带D必须先接通电源，再释放纸带(3)图乙为实验中得到的一条纸带， O 为打的第一个点， A、 B、 C、 D、 E 为纸带上打点计时器打出的五个连续的点，测出这五点到 O 点的距离分别为 xA、 xB、 xC、 xD、 xE。打点计时器所接交流电的频率为 f，当地的
26、重力加速度为 g，现用 OC 段验证机械能守恒定律，要验证的表达式为_，若实验中算得动能的增加量大于重力势能的减少量，可能原因是_。(4)根据打出的纸带算出离打第一个点较远处连续几个点时的速度，以 为纵轴，以 x 为横轴绘 x 图线，v22 v22如果图线是_，且图线的斜率等于_，则机械能守恒得到验证；如果根据打点间隔算出打每17个点重物运动的时间 t，根据测得的 x 和算得的 t，作出 t 图象，如果图线是_，且图线的斜率xt等于_，则机械能守恒定律得到验证。【解析】 (4)如果机械能守恒，由 gx 可知，则 x 图线为一条过原点的倾斜直线，图线的斜率为当地的重力v22 v22加速度 g；如
27、果机械能守恒，则重物做自由落体运动，由 x gt2知 gt，因此 t 图线是一条过原点12 xt 12 xt的直线，图线的斜率为当地重力加速度的一半，即机械能守恒定律得到证实。【答案】 (1)刻度尺 (2)D(3)gxC ，先释放纸带后接通电源（ xD xB） 2f28(4)过原点的倾斜的直线 g 过原点的倾斜的直线 当地重力加速度的一半19（2016 江西省南昌二中上期第四次考试）利用如图 1 实验装置探究重锤下落过程中重力势能与动能的转化问题18（1）图 2 为一条符合实验要求的纸带， O 点为打点计时器打下的第一点分别测出若干连续点 A、 B、 C与 O 点之间的距离 h1、 h2、 h
28、3已知打点计时器的打点周期为 T，重锤质量为 m，重力加速度为 g，可得重锤下落到 B 点时的速度大小为_（2）取打下 O 点时重锤的重力势能为零，计算出该重锤下落不同高度 h 时所对应的动能 Ek和重力势能Ep建立坐标系，横轴表示 h，纵轴表示 Ek和 Ep，根据以上数据在图 3 中绘出图线和图线已求得图线斜率的绝对值 k1=2.94J/m，图线的斜率 k2=2.80J/m重锤和纸带在下落过程中所受平均阻力与重锤所受重力的比值为_（用 k1和 k2表示）【解析】【答案】（1） Th213；（2） 12k20. (2018 江西抚州模拟)利用气垫导轨可验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水
29、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，滑块左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为 m 的小球相连，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 点到光电门 B 处的距离，用 b 表示遮光片的宽度，实验时滑块在 A 处由静止开始运动19(1)用游标卡尺测量遮光片的宽度 b，结果如图乙所示，由此读出 b _ mm.(2)滑块通过 B 点的瞬时速度大小可表示为 vB _ (用题中字母表示)(3)某次实验测得倾角 30，重力加速度用 g 表示，滑块从 A 处到达 B 处的过程中小球和滑块(包括遮光片)组成的系统动能增加量可表示为 Ek _ ，系统的重力势能减少量可表示为 Ep _ ，在误差允许的范围内，若 Ek Ep，则可认为系统的机械能守恒【答案】 (1)3.80 (2) ( m )gdbt M m b22t2 M2
