验证动能定理及机械能守恒实验(近3年汇编)

1、水平实验台滑轮小沙桶滑块细线打点计时器纸带长木板11.（南通市2008届基础调研测）某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：（1）你认为还需要的实验器材有 （2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是 ，实验时首先要做的步骤是 （3）在（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M往沙桶中装入适量的细沙，用天平称

2、出此时沙和沙桶的总质量m让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1 v2）则本实验最终要验证的数学表达式为 （用题中的字母表示实验中测量得到的物理量）答案：（1）天平，刻度尺 质量 平衡摩擦力（3）9.（09安徽21. ）（6分）探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所师，实验主要过程如下：（1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、；（2）分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度、；（3）作出草图；（4）分析图像。如果图像是一条直线，表明；如果不是直线，可考虑是否存

3、在、等关系。以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是_。A本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、。所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行是实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、。B小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。C某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小。D根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行

4、计算。III答案：D。解析：本实验的目的是探究橡皮绳做的功与物体获得速度的关系。这个速度是指橡皮绳做功完毕时的速度，而不整个过程的平均速度，所以D选项是错误的。17.（09广东物理15）图12（10分）某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”，如图12，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器记录小车通过A、B时的速度大小。小车中可以放置砝码。（1）实验主要步骤如下：测量_和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上另一端通过定滑轮与钩码相

5、连；正确连接所需电路；将小车停在C点，_，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。在小车中增加砝码，或_，重复的操作。（2）表1是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量m之和，|v22v21| 是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所作的功。表格中E3=_，W3=_.(结果保留三位有效数字)（3）根据表1，请在图13中的方格纸上作出E-W图线。表1 数据记录表次数M/kg|v22v21| /(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.41

6、30.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.43答案：（1）小车、砝码 然后释放小车 减少砝码 （2）0.600 0.610 解析：（1）略；（2）由各组数据可见规律，可得E3=0.600；观察F-W数据规律可得数值上W=F/2=0.610;W（3）在方格纸上作出E-W图线如图所示13.（08年广东卷）某实验小组采用图所示的装置探究“动能定理”，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点针时器工作频率为50 Hz（1）实验的部分步骤如下：在小车中放入砝码，把纸带

7、穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；将小车停在打点计时器附近， ， ，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点， ；改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复的操作。（2）图是钩码质量为0.03 kg，砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到0的距离5及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表1中的相应位置（3）在上车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统， 做正功， 做负功（4）实验小组根据实验数据绘出了图中的图线（其中v2=v2-v20）,根据图线可获得的结论是 要验证“动能定理”，还需

8、要测量的物理量是摩擦力是 表1纸带的测量结果测量点 S/cmr/(ms-1)00.000.35A1.510.40B3.200.45C D7.150.54E9.410.60答案：（1）接通电源、释放小车 断开开关（2）506 049 （3）钩砝的重力 小车受摩擦阻力（4）小车初末速度的平方差与位移成正比 小车的质量1.（08年全国卷1）如图所示，两个质量各为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中进行测量，则需要测量的物理量有_。物块的质量m1、m2；物块A下落的距离及下落这段距离所用的时

9、间；物块B下落的距离及下落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_。（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：_。答案：(1) 或；（2）；（3）例如：“对同一高度进行多次测量取平均值”， “选取受力后相对伸长尽量小的绳子”等等。解析：（1）通过连结在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律，既验证系统的势能变化与动能变化是否相等，A、B连结在一起，A下降的距离一定

10、等于B上升的距离；A、B的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，则两物体的速度有差别，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相当。（3）多次取平均值可减少测量误差，绳子伸长量尽量小，可减少测量的高度的准确度。【考点】验证机械能守恒【点评】此题为一验证性实验题。要求根据物理规律选择需要测定的物理量，运用实验方法判断如何减小实验误差。掌握各种试验方法是解题的关键。8.（08年江苏卷）某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律弧形轨道

11、末端水平，离地面的高度为H。将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s(1)若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2(用H、h表示)(2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：h(10m)2.003.004.005.006.00s2 (10)2.623.895.206.537.78请在坐标纸上作出s2-h关系图(3)对比实验结果与理论计算得到的s2-h关系图线(图中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率 (填“小于”或“大于”)理论值(4)从s2-h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是 答案：（1）4Hh

12、（2）见图（3）小于 （4）摩擦，转动（回答任一即可）解析：（1）根据机械能守恒，可得离开轨道时速度为，由平抛运动知识可求得时间为，可得.（2）依次描点，连线，注意不要画成折线。（3）从图中看，同一h下的s2值，理论值明显大于实际值，而在同一高度H下的平抛运动水平射程由水平速率决定，可见实际水平速率小于理论速率。（4）由于客观上，轨道与小球间存在摩擦，机械能减小，因此会导致实际值比理论值小。小球的转动也需要能量维持，而机械能守恒中没有考虑重力势能转化成转动能的这一部分，也会导致实际速率明显小于“理论”速率（这一点，可能不少同学会考虑不到）。3.（广东省2009届高三第一次六校联考试卷物理试卷）

13、（1）在“探究力的平行四边形定则”的实验中，用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳另一端系着绳套B、C（用来连接弹簧测量力计）。其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。在实验中，如果只将细绳换成橡皮筋，其它步骤没有改变，那么实验结果是否会发生变化？答： 。（选填“变”或“不变”） 本实验采用的科学方法是 A理想实验法B等效替代法C控制变量法D建立物理模型法（2）在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器接在电压为U，频率为f的交流电源上，从 实验中打出的几条纸带中选出一条理想纸带，如图所示，选取纸带上打出的连续5个点A、B、C、D

14、、E，测出A点距起始点的距离为S0，点AC间的距离为S1，点CE间的距离为，已知重锤的质量为m，当地的重力加速度为g，则：起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能的减少量为EP ，重锤动能的增加量为EK 。根据题中提供的条件，还可利用重锤下落求出当地的重力加速度g= ，经过计算可知，测量值比当地重力加速度的真实值要小，其主要原因是： 。答案：（1）不变 B（2） ，纸带与限位孔之间的摩擦力(或纸带与其它部分的阻力或摩擦阻力)。打点计时器纸带夹子重物12.（东北师大附中2008年高三“三年磨一剑”第二次摸底考试）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6V的交流

15、电和直流电两种重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即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”上；C用天平测出重锤的质量；D释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E测量纸带上某些点间的距离；F根据测量的结果计算重锤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或者操作不当的步骤是 （将其选项对应的字母填在横线处） As2s1BCDEs0O（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值如图所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C

16、、D、E，测出A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为s1，点CE间的距离为s2，使用交流电的频率为f，根据这些条件计算重锤下落的加速度a_（3）在上述验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测阻力的大小若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需要测量的物理量是 试用这些物理量和上图纸带上的数据符号表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F 答案：（1）BCD （2） （3） 重锤的质量m ， 或（2）在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器接在电压为U，频率为f的交流电源上，从实验

17、中打出的几条纸带中选出一条理想纸带，如图所示，选取纸带上打出的连续5个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点的距离为S0，点AC间的距离为S1，点CE间的距离为S2，已知重锤的质量为m，当地的重力加速度为g，则：起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能的减少量为EP ，重锤动能的增加量为EK ；根据题中提供的条件，还可利用重锤下落求出当地的重力加速度g= ，经过计算可知，测量值比当地重力加速度的真实值要小，其主要原因是： 答案：（1）不变 C （2）， ，纸带与限位孔之间的摩擦力(或纸带与其它部分的阻力或摩擦阻力)16.（08-09年度第一学期江苏省兴化市高三物理期中调研考试）（1）在“探究恒

18、力做功与动能改变的关系”实验中，某同学采用如图甲所示的装置的实验方案，他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中应该采取的两项必要措施是：a_ _ _ b _ _ _如图乙所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T距离如图乙则打C点时小车的速度表达式为（用题中所给物理量表示） ；要验证合外力的功与动能变化间的关系，除位移、速度外，还要测出的物理量有 乙ABCDEFx1x2x3x4x5（2）用同样的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验以下是一实验小组所获取的部分实验数据，根据表格中数据，在图中取合适

19、的坐标系，作出图象O次数小车质量M/g加速度a/ms212001.915.0022501.714.0033001.503.3343501.362.8654001.122.5064501.002.2275000.902.00表格：小车受力相同（均取砂桶质量m50g）根据图象判断，实验产生误差的最主要原因是：_ _答案：（1） a平衡摩擦力 b钩码的重力远小于小车的总重力 钩码的重力和小车的总质量（2）图象略 作为外力的砂桶质量偏大 图5117.（重庆市2008届直属重点中学第2次联考）如图5-1所示，在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用的交流电的频率为50Hz，查的当地的重力加速

20、度g=9.80m/s2，测的所用的重物的质量为1.00kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示。把第一个点记做O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点。经测量知道A、B、C、D个点到O点的距离为62.99cm、70.14 cm、77.76 cm、85.37 cm。根据以上数据可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于_J；动能的增加量为_J；（取三位有效数字）。答案：7.62J 7.60J36.（淮安、连云港、宿迁、徐州四市2008第2次调研）有一游标卡尺，主尺的最小分度是1mm，游标上有20个小的等分刻度。用它测量一工件的长度，如图甲所示，图示的读数是 mm； 甲乙 科学规律的发

21、现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究。下面我们追寻科学家的研究足迹用两种方法探究恒力做功和物体动能变化间的关系。理论探究：根据牛顿运动定律和有关运动学公式，推导在恒定合外力的作用下，功与物体动能变化间的关系，请在答题纸上对应位置写出你的推导过程。实验探究：某同学的实验方案如图乙所示，他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中还应该采取的两项措施是：a_ _ _；b _；如图丙所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T。距离如图。则打C点时小车的速度为 ；要验证合外力的功与动能变化间的

22、关系，除位移、速度外，还要测出的物理量有 。丙ABCDEFx1x2x3x4x5答案：104.05（或104.10也得分）（2分） 推导（2分）：牛顿第二定律得F合ma，由运动学公式得v22v12=2ax，由功的定义式W合 F合x，三式联立得W合 a.平衡摩擦力（1分） b.钩码的重力远小于小车的总重力（1分） （2分，其它正确也得分） 钩码的重力和小车的总质量 （2分）37.（海门市2008届第一次诊断性考试）（）将打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图所示是打出的纸带的一段当电源频率为50 Hz时，每隔0.1 s取一个计数点，它们是图中a、b、c、d、e

23、、f等点，这段时间内加速度的平均值是_(取两位有效数字)若电源频率高于50Hz，但计算仍按50Hz计算，其加速度数值将_ (填“偏大”、偏小或“相同”)（）为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，除需要测出小车的质量m外，还需要测量的物理量是_，用测得的量及加速度a表示的阻力的计算式为f=_答案：(1)0.8m/s2 (0.80.82范围均正确) 偏小(2) 斜面的高h与斜面的长L（或斜面的倾角）6. 2010新课标22如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.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_

24、.(填入正确选项前的字母) A、米尺 B、秒表 C、012V的直流电源 D、012V的交流电源 (2)实验中误差产生的原因有_.(写出两个原因)答案：（1）AD（2）纸带与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，计算势能变化时，选取始末两点距离过近，交流电频率不稳定。解析：（1）用A项米尺测量长度，用D项交流电源供打点计时器使用。（2）纸带与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，计算势能变化时，选取始末两点距离过近，交流电频率不稳定。14广东省阳东广雅中学2010届高三周测某同学探究恒力做功和物体动能变化间的关系，方案如图所示.他想用钩码的重力表示小车

25、受到的合外力，为减小这种做法带来的误差，实验中要采取的两项措施是：a b 如图所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T。距离如图。则打B点时的速度为 ；要验证合外力的功与动能变化间的关系，测得位移和速度后，还要测出的物理量有 ABCDEFx1x2x3x4x5答案： a 平衡摩擦力 2分b 钩码的重力远小于小车的总重力 2分 （或者：钩码的质量远远小于小车的质量；答m钩M车 同样给分） 2分 钩码的质量m,小车的质量M. 2分 18. 四川省广元中学2010届高三第四次月考在验证机械能守恒定律的实验中，质量m = 1kg的重锤自由下落，在纸带

26、上打出了一系列的点，如下图所示，相邻记数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取9.8m/s2。求：(1)打点计时器打下记数点B时，物体的速度VB = （保留两位有效数字）；oABC3.134.867.02(2)从点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能的减小量EP = ，动能的增加量EK = （保留两位有效数字）；（3）根据题中提供的条件，可求出重锤实际下落的加速度a= 。（保留两位有效数字）(4)即使在实验操作规范，数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验测得的EP 也一定略大于EK ，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因。 答案：（1）0.97m/s（2）0

27、.48J 0.47J（3）a=9.7 m/s2（4）原因是重锤和纸带都受到阻力的作用，因此机械能有损失25山东省费县一中2010届高三第一次调研测试请完成以下两小题。（一）探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所示，实验主要过程如下：打点计时器纸带橡皮筋 （1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、； （2）分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度、； （3）作出草图； （4）分析图像。如果图像是一条直线，表明W；如果不是直线，可考虑是否存在、等关系。以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是_。A本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、。所采用的方

28、法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、。B小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。C某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小。D根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。答案：D解析：本实验的目的是探究橡皮绳做的功与物体获得速度的关系。这个速度是指橡皮绳做功完毕时的速度，而不整个过程的平

29、均速度，所以D选项是错误的。21安徽省东至三中2010届高三第一次月考某同学在实验室用如图所示的装置来研究牛顿第二定律和有关做功的问题。（1）为了尽可能减少摩擦力的影响，计时器最好选用(填“电磁”或“电火花”)_ 式打点计时器，同时需要将长木板的右端垫高，直到在没有沙桶拖动下，小车拖动纸带穿过计时器时能_ _。（2）在_条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力，在控制_不变的情况下，可以探究加速度与合力的关系。（3）在此实验中，此同学先接通计时器的电源，再放开纸带，如图是在m=100g，M=1kg情况下打出的一条纸带，O为起点，A、B、C为过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之

30、间有四个点没有标出，有关数据如图所示，其中hA=42.05cm, hB=51.55cm, hC=62.00cm则小车的加速度为a= m/s2，打B点时小车的速度为VB=_ m/s。（保留2位有效数字）（4）在此实验中，要验证沙和沙桶以及小车的系统机械能守恒实验数据应满足一个怎样的关系式 。（用上题的符号表示，不要求计数结果）答案：（1） 电火花 匀速直线运动 （每空1分） （2） mM (沙和沙桶的总质量远小于小车的质量) M(小车的质量)（3） 0.95 1.0（4）（m+M）g hB =1/2mVB2 （每空2分）16. 河北省衡水中学2010届高三上学期第四次调研考试一位同学“用自由落体运动验证机械能守恒定律”（1）现有下列器材可供选择：铁架台、电磁打点计时器及复写纸、纸带若干、22