1、- 1 -7.9 实验:验证机械能守恒定律1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，除天平、铁架台、夹子、纸带和重物外，还需要（ ）A. 秒表 B. 刻度尺 C. 学生电源 D. 打点计时器【答案】BCD【解析】【分析】根据验证机械能守恒定律的原理及实验方法，明确需要测量的数据，则可知需要的器材；【详解】A、实验中由打点计时器测量时间，不再需要秒表，故 A 错误；B、在求动能时需要测量两点间的长度求出某点瞬时速度，故需要用的刻度尺，故 B 正确；C、需要学生交流电源，给打点计时器工作，故 C 正确；D、在用自由落体“验证机械能守恒定律”时，我们是利用自由下落的物体带动纸带运动，通过打点计时器在纸带
2、上打出的点求得动能及变化的势能，故需要打点计时器，故 D 正确。【点睛】本题考查验证机械能守恒定律的原理的仪器选择，应根据实验的原理进行记忆。2.在“验证机械能守恒定律”的实验中，对于自由下落的重物，下列选择条件中可取的是（ ）A. 选用重物时，重的比轻的好B. 选用重物时，体积小的比大的好C. 重物所受重力应与它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力平衡D. 重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力【答案】ABD【解析】【分析】为了减小空气阻力的影响，在选择重物时，要选择密度大的实心金属球，即选择质量大体积小的重物；【详解】A、为了减小空气阻力的影响，在选择重物时，要
3、选择密度大的实心金属球，即选择质量大体积小的重物，故 AB 正确；C、重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力，故 C 错误，D 正确。- 2 -【点睛】正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、所测数据等，会起到事半功倍的效果。3.在利用重锤自由落下，验证机械能守恒定律的实验中，产生误差的主要原因是A. 重锤下落的实际高度大于测量值 （ ）B. 重锤下落的实际高度小于测量值C. 重锤实际末速度 大于 gt（g 为重力加速度，t 为下落时间）D. 重锤实际末速度 小于 gt【答案】D【解析】【分析】验证机械能守恒定律的实验中产生误差的主要原
4、因是：存在空气阻力或者限位孔和纸带之间存在摩擦；【详解】验证机械能守恒定律的实验中产生误差的主要原因是：存在空气阻力或者限位孔和纸带之间存在摩擦，使得加速度小于重力加速度，则实际的速度 v 小于 gt，故 D 正确，ABC错误。【点睛】解答实验问题的关键是正确理解实验原理和实验方法，正确利用所学物理规律解决实验问题。4.在验证“机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是 （ ）A. 重锤的重力应远远大于重物所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力B. 实验时应放开纸带，再接通电源C. 打点计时器应接在电压为 46V 的直流电源上D. 测下落高度时，须从起点算起，且选取的各点应距起始点适当远一些
5、【答案】AD【解析】机械能守恒是不受摩擦及空气阻力，实际实验中只有重力远大于阻力，才能有近似的守恒，A 正确；为保证记录物体的初始位置，必须先开电源后放纸带，所以，B 错；打点计时器需要交流电源，C 错；5.在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列叙述正确的是（ ）A. 安装打点计时器时，两纸带限位孔应在同一竖直线上B. 实验时，在松开纸带让重物下落的同时，应立即接通电源- 3 -C. 若纸带上开头打出的几点模糊不清，也可设法用后面清晰的点进行验证D. 测量重物下落高度必须从起始点算起【答案】A【解析】为了减小纸带和限位孔之间的摩擦，实验中应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，故 A 正确；
6、应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故 B 错误；验证机械能守恒，只要验证动能的增加量等于重力势能的减小量即可，所以纸带上开头打出的几点模糊不清，可设法用后面清晰的点进行验证，故 C 正确；系统误差主要来自打点计时器的阻力及空气阻力，故 D 正确。所以 ACD 正确，B 错误。6.在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样会导致实验结果（ ）A. B. C. = D. 以上均有可能【答案】BD【解析】如果阻力较
7、大，物体需要克服阻力做功，重力势能不能全部转化为动能，因此会出现mgh mv2的结果。故 A 正确、BCD 错误。故选 A。点睛：验证机械能守恒是中学阶段的基础实验，要从实验原理出发来理解实验；搞清物体下落过程中的能量转化关系，同时注意平时加强练习7.下面列出一些实验步骤： A用天平称出重物和夹子的质量 B将重物系在夹子上 C将纸带穿过打点计时器的限位孔，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器，处于静止状态。D把打点计时器接在交流电源的输出端，把输出电压调至 6v（电源不接通） 。E把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直面内。F在
8、纸带上选取几个点，进行测量并记录数据 G用秒表测出重物 时器响声稳定后释放纸带 I切断电源 - 4 -J更换纸带，重新进行两次实验 K在三条纸带中选出较好的一条 L进行计算得出结论，完成实验报告 M拆下导线，整理器材以上步骤中，不必要的有_；正确步骤的合理顺序是 _：（填写代表字母） 。【答案】 (1). AG (2). EDBCHIJKFLM【解析】试题分析：在验证机械能守恒定律的实验中，需要验证动能的增加量和重力势能减小量是否相等，即 ，质量可测可不测，所以没必要用天平测量出重锤的质量；从纸带上打出的点就知道了时间。故不必要的步骤是 AG。实验步骤要符合事物发展逻辑，要有利于操作和减小实验
9、误差，在明确实验原理的情况下，先安装实验器材，然后再进行实验，故具体步骤为 EDBCHIJKFLM考点：本题考查了验证机械能守恒定律8.在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量 m1kg 的物体自由下落，得到如图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为 0.04s那么从打点计时器打下起点 O 到打下 B 点的过程中，物体重力势能的减少量 Ep_J，此过程中物体动能的增加量 Ek=_J由此可得到的结论_(g=9.8 m/s 2，保留三位有效数字)【答案】 (1). 2.28 (2). 2.26 (3). 在实验误差允许的范围内,物体重力势能的减少量等于其动能的增加量，机械能是守恒【解析】试题分析:重力
10、势能减小量等于E p=mgh=19802325J=228J- 5 -利用匀变速直线运动的推论 , 考点：考查验证机械能守恒定律【名师点睛】要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒9.用打点计时器和重物在自由下落的情况下验证机械能守恒定律的实验中，电源频率为 50 Hz，依次打出的点为 0、1、2、3、4，则（1）在图两条纸带中应选取的纸带是_，因为_。（2）如从起点 0 到第 3 点之间来验证，必须测量和计算出的物理量为_，验证的表达式为_。【答案】 (1). a (2). 两点距离接近 2mm,误差小 (3). (4). 【解析】【分析】根据自由落体运动可知，在最初的 0.02s
11、 内，物体下落的位移为 来选择纸带，由实验原理可知，必须测量重锤下落的高度和计算出打末点的速度；【详解】由自由落体运动的位移公式得，物体下落的位移为 ；故选（a）纸带，头两个点的间距最接近 ；根据实验原理 ，可知，必须测量重锤下落的高度 h 和计算出打末点的速度 v，即必须测量和计算出的物理量为：起点 0 到第 3 点之间的距离 第 3 点的速度 ，验证的表达式为 。【点睛】考查了利用自由落体运动验证机械能守恒的原理、纸带某点瞬时速度的计算。10.纸带上已按要求选出 0、1、2、3、4、5、6 七个计数点，相邻计数点间的距离依次为x1、x 2、x 3、x 4、x 5、x 6，则可以判断和计算出
12、（ ）- 6 -A. 计数点 0 的对应速度 v0一定为 0B. 根据 可计算 1 号点的对应速度，同理可算出 v2、v 3、v 4、v 5C. 无法计算出 v0和 v6的大小D. 可作出 vt 图象求出斜率即加速度【答案】BD【解析】【分析】纸带选取是从清晰的点开始，但不一定初速度为零，根据匀变速直线运动规律知中间时刻速度等于相邻两点的平均速度，从而中间各点速度，画出 v-t 图象根据图象斜率和截距知加速度和初速度；【详解】A、纸带选取是从清晰的点开始，但不一定初速度为零，故 A 错误；B、根据纸带，可以得到时间和位移，根据匀变速直线运动规律知中间时刻速度等于相邻两点的平均速度，从而中间各点
13、速度，故 B 正确；C、画出 v-t 图象根据图象斜率和截距知加速度和初速度、末速度，故 C 错误，D 正确。【点睛】此题考查匀变速直线运动规律，知道中间时刻速度等于相邻两点的平均速度，从而中间各点速度，画出 v-t 图象根据图象斜率和截距知加速度和初末速度。11.某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，不慎将选好纸带的前面一部分破坏了，剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图上。已知打点计时器的工作频率为 50Hz，重力加速度 g 取 9.80m/s2，利用这段纸带能否验证机械能守恒定律？如何验证？【答案】 见解析【解析】【分析】纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利
14、用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度，从而求出动能，从而在误差允许的范围内重力势能减小量等于动能增加量；【详解】可以利用这段纸带来验证机械能守恒定律，设物体的质量为 m；- 7 -已知时间间隔 ，某点的瞬时速度可以用中间时刻的速度等于该过程中的平均速度求解， 即： ，则：，则：即从 2 点到 5 点，动能的增加量为：即从 2 点到 5 点，重力势能的增减少量为：在误差允许的范围内，动能的增加量等于重力势能的增减少量，即机械能守恒。【点睛】运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题，对于字母的运算要细心点，同时注意单位的换算和有效数字的保留问题。12
15、.给你一架天平和一只秒表，你如何来估测用手竖直上抛小球时，手对小球做的功？要求写出：(1)需测定哪些量？如何测量？(2)计算时所需关系式及最后所做功的表达式。【答案】 （1）质量 m 和总时间 T ；用天平测质量 m 和用秒表测时间 T（2）【解析】【分析】首先了解小球从抛出后做做竖直向上的匀减速到速度为 0，再做自由落体回到抛出点，给你的时间 T，我们可以根据运动学规律求出上抛的初速度，在抛出的速度已知的情况下，对于功的求解我们应该考虑用动能定理来求解；【详解】 （1）需要测定物体的质量 和从抛出到再落回手中的总时间 T；用天平测出物体质量 和用秒表测出抛出到再落回手中的总时间 T；（2）小球从抛出后做竖直向上的匀减速到速度为 0，再做自由落体回到抛出点所需的时间T；所以做竖直向上的匀减速到速度为 0 所需的时间为 根据运动学公式知道小球从抛出后的初速度为：- 8 -运用动能定理得手对小球做的功为： 。【点睛】了解研究对象的运动过程是解决问题的前提，根据题目已知条件和求解的物理量选择物理规律解决问题。
