验证机械能守恒定律（学生版）

专题06验证机械能守恒定律1．利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。（1）为验证机械能是否守恒，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）（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带。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、、。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，重物的重力势能减少量___________。动能增加量___________；（3）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．利用公式计算重物速度

B．利用公式计算重物速度C．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（4）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，测量它们到计数起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘图像，如下判断正确的是___________。A．若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能一定守恒B．若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能可能不守恒C．若图像是一条不经过原点的直线，则重物下落过程中机械能一定不守恒2．某同学利用如图1所示的装置完成了机械能守恒定律的验证，实验时将纸带拉直使重物由静止释放。某次实验时得到如图2所示的纸带，纸带上的各点均为计时点，已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g。回答下列问题：（1）由图2中的数据可求出打下计时点3时重物的速度_______；（2）根据纸带测量数据，分别测出计时点2、3、4、5到点1的距离，用表示，假设重物下落过程机械能守恒，由对应依次算出纸带速度的理论值，描绘出如图3甲所示的图线，则该图线的斜率应为______（用题中给出的物理量表示）；（3）又由纸带上各计时点间的距离依次算出在点1、2、3、4、5时重物的实际速度，根据得出的实验数据描绘出如图3所示的图线，发现实际速度与理论速度间的差值越来越大，出现这种现象的原因可能是______。3．在“验证机械能守恒定律”的实验中：（1）为了减小实验误差，应该选择___________（填“甲”或“乙”）图来完成这个实验。（2）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）（3）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图所示的一条纸带。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、、。已知当地重力加速度为，打点计时器打点的周期为。设重物的质量为。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量___________，动能变化量___________。（4）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．利用公式计算重物速度B．利用公式计算重物速度C．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4．气垫导轨通过小气孔喷出压缩空气，可以使滑块运动时受到导轨的阻力很小，现有一气垫导轨上固定有相距s的光电门1和光电门2，连接的光电计时器可以自动记录遮光物体通过光电门的时间，如图甲所示。小红、小兰两同学用此气垫导轨来验证机械能守恒定律。（1）小红把气垫导轨倾斜30°，让带有宽为d=0.2cm的遮光条的滑块从斜面的顶端A处静止滑下，光电计时器显示的挡光时间分别为Δt1=2.50ms、Δt2=0.80ms。已知滑块（含遮光条）的质量为m=0.2kg，光电门1和2之间的距离为s=0.60m，取重力加速度大小g=9.80m/s2，求：（结果均保留两位有效数字）①滑块经过光电门1时的速度v1=___________m/s；②滑块通过光电门1、2的动能增加量为___________J，重力势能的减少量为___________J；③动能的增加量与重力势能的减少量不完全相等的原因可能是___________。（2）小兰将小红用过的气垫导轨放在水平桌面上调至水平，用细线连接砝码和滑块，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，砝码落地前挡光条已通过光电门2，读出滑块分别通过光电门1和光电门2的挡光时间Δt3和Δt4，用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。计算出滑块和挡光条的动能及托盘和砝码的动能，在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，如果满足关系式___________，则也可验证机械能守恒定律。（用M、m、g、s、d、Δt3、Δt4中的符号表示结果）5．阿特伍德机是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，常用来研究匀变速直线运动的规律。现对该装置加以改进，利用改进后的装置（如图所示）验证机械能守恒定律。轻绳两端系着质量均为M的重物A（含挡光片）、B（含挂钩），物块B上放一质量为m的金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物块B的正下方，金属片C不能穿过圆环而B可以穿过，金属片C到圆环的高度为h，固定在A上的挡光片到光电门的竖直距离大于h，挡光片的宽度d。（1）为了完成实验还需要记录或测量的物理量是______A．物块B运动到圆环处的时间tB．挡光片到光电门的竖直距离lC．刚刚释放时物块AB之间的距离D．挡光片穿过光电门的时间（2）为了减小实验误差进行多次实验，改变物块B的初始位置，使物块B从不同的高度由静止下落穿过圆环，记录每次金属片C与圆环间的高度h以及挡光片穿过光电门的时间，通过描点作图，为了得到一条过原点的直线，则应该绘制的图像是______（选填“h−∆t”、“”、“”），则该直线的斜率k=______（用字母m、g、M、d表示）。6．为“验证机械能守恒定律”，某研究小组采用了如图所示实验装置，装置中包括两个定滑轮，细线，A、B两重物（mA<mB）。当地重力加速度为g，细线足够长且A、B在运动时均未碰到地面或滑轮，滑轮已固定，不会晃动。（1）初始时托住物体B，A、B保持静止，由静止释放物体B，B物体在时间t内高度改变h，测得两物体质量分别为mA、mB。则装置在该过程中重力势能减少量为_______，动能增加量为_______（结果用题中所给字母表示）；（2）由于空气阻力等因素的影响，重力势能改变量______动能改变量（选填“>”或“=”或“<”）；（3）上述实验装置还可用来粗测当地重力加速度。经过多次实验后，测得图像，并测得，，则重力加速度g=___________。（结果保留两位有效数字）7．某同学对竖直上抛小球的上升过程和下落过程分别进行频闪照相，并利用其中一张频闪照片验证机械能守恒定律。已知频闪仪每隔0.1s闪光一次，g=9.8m/s2，小球质量m=0.5kg，如图所示数据为小球通过的实际距离，单位为cm。（1）小球在位置2和位置5之间运动时，动能变化量的绝对值为=_______J，重力势能变化量的绝对值为=_______J；（结果保留3位有效数字）（2）在误差允许的范围内，若与近似相等，即可验证机械能守恒定律。由上述计算可知，拍摄此照片时小球处于_______（选填“上升”或“下落”）阶段。8．利用如图所示装置来验证机械能守恒定律，该装置在竖直平面内标有表示圆心角的刻度，最低点装有光电门。现将一不可伸长的细线穿过带孔的小钢球（质量为m），让小钢球从θ刻度处由静止释放（如图1），摆球通过光电门时间为t，已知当地重力加速度为g。（1）利用刻度尺测量摆绳长R；螺旋测微器测量小钢球的直径D，由图2可知小钢珠的直径D是______mm。（2）通过最低点时小球的动能EK=_______________；从静止释放到最低点的