高中物理人教版第一册(必修)学生实验验证机械能守恒定律(精析版)

1、验证机械能守恒定律1在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证的是重物重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有( )A用天平称出重物的质量B把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来C把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重物提升到一定高度D接通电源，待打点稳定后释放纸带E用秒表测出重物下落的时间1解析：在“验证机械能守恒定律”的实验中，需验证重力势能减少量mgh和动能增加量mv2之间的211大小关系，若机械能守恒，则有mghmv2成立，两边都有质量，可约去，即验证ghv2成立即可，故22无需测质量，A选项多

2、余对E选项，测速度时，用的是纸带上的记录点间的距离和打点计时器打点的时间间隔，无需用秒表测量，因此E选项也多余答案：AE2利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的了以下四种测量方案：a用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过vgt时速度v.b用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v2gh计算出瞬时速v2瞬时速度v，并通过h计算出高度h. 2gd用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v.以上方案中只有一种正确，正确的是_(

3、填入相应的字母)解析：重物下落过程中，由于纸带与打点计时器的阻碍作用，其加速度要小于重力加速度g，故不可用a、b、c方案中的公式来求解答案：d3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频闪仪每隔一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表加速度取9.8 m/s2，小球质量m0.2 kg，计算结果保留三位有效数字)：由静止开纸带，设计计算出瞬度v. c根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出0.05 s闪光(当地重力(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5_ m/s；(2)从t2到t5时间内，重力势能增量Ep

4、_ J，动能减少量Ek_ J；(3)在误差允许的范围内，若Ep与Ek近似相等，从而验证了机械能守恒定律由上述计算得Ep_Ek(选填“>”、“<”或“”)，造成这种结果的主要原因是_.16.1418.66解析：(1)t5时刻小球的速度v5×102 m/s3.48 m/s；(2)从t2到t5时间内，重力势能增2×0.051212量Epmgh250.2×9.8×(23.6821.1618.66)×102 J1.24 J，动能减少量Ekv2v51.28 J；22(3)Ep<Ek，造成这种结果的主要原因是存在空气阻力答案：(1)3.48

5、 (2)1.24；1.28 (3)<；存在空气阻力4.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进行测量，则需要测量的物理_(在横线上填入选项前的编号)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间物块B上升的距离及上升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_(

6、在横线上填入选项前的编号)(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：_ _.解析：(1)通过连接在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律，即验证系统的势能变化与动能变化是否相等，A、B连接在一起，A下降的距离一定等于B上升的距离；A、B的速度大小总是相等的，故、只测其中之一即可，不需要测量绳子的长度(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，则两物块的速度有差别，为计算系统的动能带来误差；两物块质量相差较小时，摩擦等阻力做功占两物块的机械能的比例增大，误差增大，故无需减小两物块的质量差答案：(1)

7、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”；等等5如图所示，是用落体法“验证机械能守恒定律”的实验装置，请回答下列问题：过定滑轮的量有(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(含纸带)；C天平；E.秒表(2)实验中产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器的摩擦阻力，使重锤获得的动能往往_它所减小的重力势能(填“大于”、“小于”或“等于”)(3)如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2h图线是一条通过坐标原点的倾斜直线，该直线的斜率是_1解析：(1)验证机械能守恒定律时，只需验证v2与gh近似相等，故无需测量

8、重锤质量，用打点计时器2可以测量重锤下落高度即下落的时间，故无需秒表，故正确的为A、B、D.(2)由于重锤下落过程中有部分重力势能转化为克服摩擦力做功而产生的热，故重锤获得的动能稍小于减小的重力势能11(3)由2gh2为纵轴，h为横轴，所绘图线的斜率为重力加速度g. 22答案：(1)ABD (2)小于 (3)重力加速度6. 如图所示是“用DIS实验系统研究机械能守恒定律”的实验装置，有关问题：(1)本实验中，采用的传感器是_(填写传感器名)(2)本实验中，先选取零势能面再进行实验，则零势能面位置的选取对动能与重力势能之和为常数_影响(选填“有”或“无”)(3)每次都准确从同一位置静止释放摆锤，

9、改变传感器安装的高度，以同一零势能面测得四个不同位置的重力势能和动能的数据.B.重锤； D.毫米刻度尺； 完成下列验证摆锤_.解析：(1)利用光电门可测量挡光时间，再测量摆锤的直径，即可求出摆锤的速度(2)验证机械能守恒定律时，可以通过比较重力势能的减少量与动能的增加量是否相等来判断机械能是(3)由于摆锤运动过程中受到阻力，阻力做负功，使摆锤的机械能减小答案：(1)光电门 (2)无 (3)摆锤在摆动过程中存在一定的阻力7在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50 Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时，各计数点对应刻度尺上的读数如图所示(图中O点是打点计时器打出的开始下落

10、的第1个点，A、B、C、D、E、F分别是每打两个点取出的计数点)根据纸带计算：(1)重锤下落到打B点、E点时的速度；(2)若重锤的质量为m kg，则重锤从开始下落到打B点时，减少的重力势能是多少？重锤增加的动能为多少？(3)若重锤质量为m kg，求重锤下落BE高度的过程中重力势能减少多少？重锤的动能增加多少？(当地重力加速度为9.8 m/s2)解：(1)xAB195.0 mm125.0 mm70.0 mm0.070 0 mxBC280.5 mm195.0 mm85.5 mm0.085 5 mxDE498.0 mm381.5 mm116.5 mm0.116 5 mxEF630.0 mm498.0

11、 mm132.0 mm0.132 0 mvB(xABxBC)/2T(0.070 00.085 5)/(2×0.04) m/s1.944 m/svE(xDExEF)/2T(0.116 50.132 0)/(2×0.04) m/s3.106 m/s.(2)重锤从开始下落到打B点时：减少的重力势能为Ep减mgxBO9.8×0.195m1.91m(J)112增加的动能为：Ek增mv2B×(1.944)1.89m(J) 22(3)重锤下落BE高度时减少的重力势能为Ep减mgxEB9.8×(0.498 00.195 0)m2.969m(J)121211增加

12、的动能：Ek增mvEvBm×(3.106)2×(1.944)22.934m(J) 22228(2011海南高考)现要通过实验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与一质量为m的砝码相连；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点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度用g表示重力加速度完成下列填空和作

13、图：(1)若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为_，动能的增加量可表示为_ _若在运动过程中机械能11守恒，s的关系式为_.tt(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A点)下滑，测量相应的s与t值如果如下表乙所示：1以s为横坐标，为纵坐标，在答题卡对应图丙位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个t数据点作直线，求得该直线的斜率k_×104 m1·s2(保留3位有效数字)1由测得的h、d、b、M和ms直线的斜率k0，将k和k0进行比较，若其差值在实t验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械

14、能守恒定律hh解析：(1)滑块的重力势能减小Mg·s，砝码的重力势能增加mg·s，故系统的重力势能减小量为Mg·sddhb1b221mg·s(Mm)gs.滑块通过B点时的瞬时速度vMm)vMm)若在dt22th2(Mm)gdh1b1运动过程中机械能守恒，则有(Mm)gs(Mm，则.d2tt(Mm)b2(2)第1和第5个数据点及所作直线见下图直线的斜率约为k2.36×104 m1·s2. h2(Mm)gdh1b答案：(1)(Mm)gs (Mm) d2t(Mm)b2(2)作图见解析 2.36(2.322.40均正确)历年高考真题（含解析）

15、1.2010·四川高考有4条用打点计时器(所用交流电频率为50 Hz)打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为s1、s2、s3.请你根据下列s1、s2、s3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/s)A61.0 mm 65.8 mm 70.7 mmB41.2 mm 45.1 mm 53.0 mmC49.6 mm 53.5 mm 57.3 mmD60.5 mm 61.0 mm 60.6 mm解析：验证机械能守恒采用重物的自由落体运动实现

16、，所以相邻的0.02 s内的位移增加量为sgT9.791×0.02 m3.9 mm.答案：C22010·海南物理利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示：222(1)实验步骤：将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图所示，由此读出l_mm.由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s_cm.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.从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间t1和t2. 用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出

17、托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式：滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1_和v2_.当滑块通过光电门1和光电门2时，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Ep_(重力加速度为g)(3)如果Ep_，则可认为验证了机械能守恒定律解析：由于挡光条宽度很小，可将挡光条通过光电门时的平均速度视为瞬时速度答案：(1)9.30 60.00(59.9660.04)ll1l2(2) Mm)( t1t22t11l2(Mm)() mgs (3)Ek2Ek1 2t232008

18、83;江苏高考某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律弧形轨道末端水平，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，s与h的理论关系应满足s_(用H、h表示)(2)该同学经实验测量得到一组数据，如表所示：22请在坐标纸上作出(3)对比实验结果与理论计算得到的sh关系图线(图乙中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水 2平抛出的速率_(选填“小于”或“大于”)理论值(4)从sh关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率与理论值偏差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是_12解析：(1)由机械能守恒有：mgh 212由平抛运动

19、规律svt、Hgt 2得：s4Hh.(2)根据表中数据描出sh关系如图所示222(3)由图看出在相同h下，水平位移s值比理论值要小，由svt论值小(4)水平抛出的速率偏小，说明有机械能损失，可能因为摩擦或在下落过程中钢球发生转动答案：(1)4Hh (2)见解析图 (3)小于 (4)摩擦或转动(回答一个即可)42013·江苏扬州期中调研图甲是验证机械能守恒定律的实验小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定，将轻绳拉至水平后由静止释放在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间t，再用游标卡尺测出小圆柱的直径d，如图乙所示，重力加速度为g，则 2Hg，说明水平抛出的

20、速率比理(1)小圆柱的直径d_cm.(2)测出悬点到圆柱重心的距离l，若等式gl_成立，说明小圆柱下摆过程中机械能守恒(3)若在悬点O安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F，则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是_(用文字和字母表示)若等式F_成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式解析：(1)小圆柱的直径d1.0 cm2×0.1 mm1.02 cm12121d2(2)根据机械能守恒定律得：mgl，所以只需验证glv(，就说明小圆柱下摆过程中222t机械能守恒v2d2(3)若测量出小圆柱的质量m，则在最低点由牛顿第二定律得Fmgm，若等式Fmgmllt立，则可验证小圆

21、柱在最低点的向心力公式1d2d答案：(1)1.02 (2)( (3)小圆柱的质量m mgm2tlt22成52013·山东济宁一模在验证机械能守恒的实验中，某同学利用图甲中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示在实验数据处理中，某同学取A、B两点来验证实验已知打点计时器每隔0.02 s 打一个点，图中测量结果记录在下面的表格中(2)将表格中未填项目填写完整；(3)若重物和夹子的总质量为0.6 kg，那么在AB运动过程中，动能的增加量为_J，重力势能减少量为_J.解析：(1)重物刚开始运动，速度较小，点迹比较密集，故夹子应夹在纸带的左端； (2)vB3.20 m/s；2T1212(3)在AB运动过程中，动能增加量为EkBmvA2.78 J，重力势能减少量EpmghAB2.94 J.22答案：