实验：验证机械能守恒定律的例题解析

1、1.下列关于“验证机械能守恒 定律'实g佥的实验误差的说法中，正 确的是（）时间：2021.02.02创作：欧阳术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，有利于械小俣差C. 重物质量选用得较小些,有利于帧小娱差D. 址带下落和打点不同步不会影响实验解桥：验证机械能守恒，即验证减少的重力势能是否等于 增加的动能i mghmv其中质量可以约去，没必要测量重 物质量，A不正确。当重物质量大一些时，空气阻力可以忽 略，B正确，C錯误。纸带先下落而后打点，此时，纸带上最 初两点的点诬间隔较正常时略大，用此纟K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

2、物动能的增 加量比重物重力势能的减少量大，D錯误。答案：B2.有4条用打点廿时器（所用交流电頻率为50 Hz） 0出的 纸带A、B、C、D,其中一条是做“验证机械能守恒定律"实验时打岀的。为找出该纸带，某同学在每条奴带上取了点诬清晰 的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为 ,、£2、$3。请你根据下列龟、S2、$3的测量结果确定该纸带为 (已知当地的重力加速度为9.791 m/s2)()A. 61.0 mm65.8 mm70.7 mmB. 41.2 mm45.1 mm 53. 0mmC. 49.6 mm53.5 mm57.3 mmD. 60.5 mm61.0

3、mm60.6 mm解桥：验込机械能守恒定律采用重锤的自由落it运动实 现,所以相邻的0.02 s内的位移増加量为山粧二9.791x0.022 imn3.9 nun,只有C符合要求。故选C。答案：C19.14 cm21.66 cm24.16 cm26£8 cm29.18 cm3 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o每隔0.05s闪光一次，图实-7 - h11中所标数据为实际呃离，该同学通过计算得到不同“ 时刻的速度如下表(当地重力加速度取to m/s2，小球 质量= 0.2 kg,结果保留三位有效数字)："时刻t2h5速度(m/s)5.595.084.58

4、由额闪照片上的数据廿算Z5时刻小球的速度V5 =m/So(2)M t2到巧时间内,重力势能増加量AEp =J,动能M小量血=Jo图实-7-11(3)在误差允许的范围内，若与AEk近做相等，从而验证了机械能守恒定律。由上述廿算得A£p_“(选填“>，y，或“= ，),造成这种结果的主要原因是O解析:(1)V5 =1914 +21.660.05x2cm/s = 408 cm/s = 4.08 m/so(2)由题给条件in:力25 = (26.68 + 24.16 + 21.66) cm = 72.5 cm = 0.725 moAEp = mghis - 0.2x10x0.725 J

5、 = 1.45 JEk =- /?V52 = gx0.2x(5.592 - 4.082)J = 1.46 J(3)由(2)中a AEp<AEk, 13为存在空气摩擦等原因,导致重 力势能的増加量小于动能的减少量。答案:(1)4.08 (2)1.451.46 (3)< 原因见解桥4. DIS实验是利用规代信息技术进行的实验。老师上课时 “用DIS研究机械能守恒定律，啲装置如图实- 7-12甲所示,在 某次实验中，选择DIS以图像方式显示实验的结果，所显示的 图像如图乙所示。图像的横轴表示小球距D点的高度h,纵轴 表示樸球的重力势能Ep、动能皿或机械能Eo试回答下列问图实一 7-12(

6、1) 图乙的图像中,表示小球的重力势能&、动能Ek、机械能£酗小球距D点的高度力变化关系的图线分别是(按顺序填写相应图线所对应的文字)。(2) 根据图乙所示的实验图像，可以得岀的结论是解胳(1)小球由4到D过程中重力势能械小,动能増加, 由题图乙的图像知机械能总量不变，故表示小球的重力势能 Ep、动能5、机械能Elffl小球扼D点的髙度力变化关系的图线 分别是乙、丙、甲。(2)由实验结果知：在娱差允弁的范围内，在只有重力做功 的情况下，小球的机械能守恒。答案：(1)乙、丙、甲(2)在娱差允弁的范围内，在只有重力做功的情况下，小球 的机械能守恒5. 某研究性学习小组在做“验加机

7、械能守恒定律"的实验 中，已知扌I点廿时器所用电源的颜率为50 Hz,査得当地的重力 加速度g二9.80 m/s?。测得所用重物的质量为LOO kgo(1)下面叙述中正确的是OA. 应该用天平称出重物的质量B. 可选用点述清晰，第一、二两点间的扼离接近2mm的 纸带来处理数据C. 操作时应先松开纸带再通电D. 打点廿时器应接在电压为4 6V的交流电渦上（2）实验中甲、乙、丙三学生分别用同一装置得到三条点述 清晰的纸带，量岀各纸带上第一、二两点间的距离分别为0.18 cm、0.19 cm、0.25 cm,朋可肯定同学在操作上有錯俣，錯俣是o若按实验耍求正确地选出纸带进行测量，量得连续三

8、点A、B、C到第一个点O间的扼离分别为 15.55 cm、19.20 cm和23.23 cmo i当打点廿时器打点B时重物 的瞬时速度二m/s；重物由O到BjJ程中，重力势能毓少了J,动能増加了J（保留3位有效数字），根据所测量的数据，还可以求出重物实际下落的）111速度为 m/s2 ,则重物在下落的过程中所受到的阻力为 No解桥：（1）本实验中只需ii gh与号的关系，不需要测重物 质量，操作时应先接通电源再松开圾带，可选用点谨清WL第 一、二两点间的扼离接近2 mm的纸带来处理数据，A、C錯， B、D 对。（2）实验中理想的纸带应是点迷清晰，第一、二两点间的距 离略小于2 mm的圾带，所以

9、丙錯误，錯戻在于操作中先松开 欧阳术创编 2021.02.02欧阳美创编 2021.02.02了纸带，再接通了电温，致使纸带上第一、二两点间间扼增 大。和用公式vlt = hn+-n 可廿算岀打点B时重物的瞬时 速度为1.92 m/So重物由O到B过程中，重力势能械少了 AEP = mh = 1.00x9.8xl9.20xl0-2 J= 1.88 J;动能増加了 A£k 二如 v2 =1.84 J,由h = uF可求出重物实际下落的加速度为= 9.5 m/s2,由牛顿第二定律知重物在下落的过程中所受到的阻力满 足 mg - F - ma,所以 F is 二 0.3 No答案:(1)B

10、D (2)丙 先松开了纸带，再接通了电滌1.92 1.881.84 9.5 0.36. 某实验小组利用如图实-7-13所示的实验装置来验证 钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。图实-7-13(1)实验前需要调整气垫导珈疲座使之水平，利用现有器林 如何判断导轨是否水平？(2)如图实- 7-14所示(经放大后的),游标卡尺测借逆光条的宽度d二cm;实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字廿时器读出逆光条通过光电门的时间Ar =1.2x10-2S, |滑块经过光电门时的瞬时速度为 m/So在本次实验中迩需要测量的物理量有：钩码的质量加、和（文字说明并用相应的字母表示，g为已知）。图实一 7-14（3）本实验通过比较和在实验误差允弁的范围内是否相等（用测量的物理量符号表示），从而验证系统的机 械能守恒。解桥：（1）检验气垫导轨底座是否水平时，可以先接通气 源，将滑块静置于气垫导乱上，若滑块在导轨上各个位置均能 静止时，说明导珈是水平的。（2）游标卡尺的读数为 d = 5 mm + 0.1 mmx2 = 5.2 mm = 0.52 cm;滑块通过光电门时的瞬时速度为y = £ = 0.43m/s；应測岀At滑块上的逆光条的初位置到光电门的距离兀和滑块的质量M。（3）系统重力势能的减少量为阳,系统动能的增加量为扌 （M + m）v2 = *（M +加）