实验：探究动能定理--验证机械能守恒定律.doc

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除实验：探究动能定理 验证机械能守恒定律1在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具测量的有()A重锤的质量 B重力加速度C重锤下落的高度 D与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度 解析由机械能守恒定律列方程，等式两边都有质量可消去，故不用测质量，只需测重锤下落高度，计算出对应点的速度，故选C.2在探究功与物体速度变化的关系的实验中，某同学在一次实验中得到一条如图所示的纸带，这条纸带上的点两端较密，中间稀疏，出现这种情况的原因可能是()A电源的频率不稳定 B木板倾斜的程度太大C没有使木板倾斜或倾斜角太小 D小车受到的阻力较大 解析出现上述

2、情况的原因是小车先加速再减速，说明开始时橡皮筋的弹力大于摩擦力，随后又小于摩擦力，因此没有完全平衡掉摩擦力答案CD3某同学在做利用橡皮筋探究功与速度变化关系的实验时，拖着纸带的小车在橡皮筋的作用下由静止运动到木板底端，在此过程中打点计时器在纸带上打下的相邻点间的距离变化情况是()A始终是均匀的B先减小后增大C先增大后减小 D先增大后均匀不变 解析橡皮筋对小车作用过程中小车速度增大，所以点间距增大，当小车离开橡皮筋后做匀速直线运动，点的间距不再变化，所以选D. 答案D4用橡皮筋探究功与速度变化的实验中小车会受到阻力，可以使木板倾斜作为补偿，则下面操作正确的是()A使拖着纸带的小车由静止释放，小车

3、不下滑即可B使拖着纸带的小车由静止释放，小车能下滑即可C沿木板推小车(后面拖着纸带)，打点计时器在纸带上打下的点均匀分布D不用挂纸带，轻推小车，小车能匀速下滑即可 解析因为纸带在运动中也会受到摩擦力，恰好平衡摩擦力的情况，应是小车拴有纸带时所受的阻力与重力的分力平衡，故D错C对；平衡摩擦力后小车应是匀速下滑，A、B不能说明小车处于受力平衡状态，所以不正确答案C5某同学在进行“验证机械能守恒定律”实验时，获得了数条纸带，则正确的是()A必须挑选第一、二两点间的距离接近2mm的纸带进行测量B在纸带上选取点迹清楚的、方便测量的某点作计数点的始点C用毫米刻度尺量出各计数点到始点点迹之间的距离，得出重物

4、下落的相应高度h1、h2hnD用公式vn，计算出各计数点对应的重物的瞬时速度 解析由实验的原理和操作知道，CD都是正确的，对于A，无论何时释放纸带，只要方法正确，则仍能验证机械能守恒定律，不必选第一、二两点之间的距离接近2mm的纸带，故A错始点应是打的第一个点，不能从中间选取，故B错答案CD6下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是()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，有利于减小误差C重物质量选用得较小些，有利于减小误差D纸带下落和打点不同步会造成较大误差解析：选BD.从需要验证的关系式ghn看，与质量无关，A错误当重物质量大一些时，空气阻力可以忽略

5、，B正确，C错误纸带先下落而后打点此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是重物在打第一个点时就有了初动能，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，D正确图5557.利用图555所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开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纸带，设计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计算出瞬时速度v.b用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v计算出瞬时速度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，测算出瞬时速度

6、v，并通过h计算出高度h.d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_(填入相应的字母)解析：在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g，只能把它当做未知的定值，所以正确方案只有d项答案：d图5578.如图557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：(1)实验中产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器时的摩擦阻力，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”)(2)如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验

7、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_解析：(1)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；(2)由v2gh可知，以v2为纵轴，h为横轴，所绘图线的斜率为重力加速度g.答案：(1)小于(2)重力加速度9(1)用公式mv2mgh时对纸带上起点的要求是_，为此，所选择的纸带第一、第二两点间距离应接近_(2)若实验中所用重物的质量m1kg，打点纸带如图甲所示，打点时间间隔为0.02s，则记录B点时，重物的速度vB_，重物动能EkB_.从开始下落到至B点，重物的重力势能减少量是_，因此可得出的结论是_(3)根据纸

8、带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图线应是如图乙中的_答案(1)初速为零2mm(2)0.59m/s0.17J0.17J在实验误差范围内，重物动能的增加等于重物重力势能的减少(3)C解析(1)若重物是从初速度为零开始下落，由自由落体运动规律sgt2，t取0.02s，g取9.8m/s2，可计算得s1.96mm2mm.(2)由匀变速直线运动规律可知vBAC/2T，EkBmv，EpBmgOB，由此可求得vB0.59m/s；EkB0.17J；EpB0.17J；在实验误差范围内，重物动能的增加等于重物重力势能的减少(3)因为mv2mgh，约去m，得gh，所以h图象应是一条

9、过原点的有斜率的直线，直线的斜率大小等于g，所以C正确10在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中，某实验小组采用如图甲所示的装置实验步骤如下：把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器改变木板的倾角，以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，测出x、x1、x2(如图乙所示)，查得打点周期为T.判断重力的一个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是_；本实验还需直接测量的物理量是：_.(并用相应的符号表示)探究结果的表达式是_(用相应的符号表示)答案纸

10、带上点迹间距相等小车的质量M、砂及砂桶的质量mmgxM()2M()211为了测定一根轻弹簧压缩最短时储存的弹性势能大小，可以将弹簧固定在一个带光滑凹槽的直轨道的一端，并将轨道固定在水平桌面的边缘上，如图所示，用钢球将弹簧压缩至最短，然后突然释放，钢球将沿轨道飞出桌面，实验时：(1)需要直接测定的物理量是_(2)计算弹簧最短时弹性势能的关系式是Ep_.(用直接测量的量表示)答案(1)小球质量m，小球平抛运动的水平位移s和高度h(2)解析为了测弹簧的弹性势能，先测出小球的动能，由能量转化和守恒得，弹簧弹性势能就等于小球动能，要测小球动能需用天平测出质量m.根据平抛运动规律测出小球的初速度，因而需测

11、平抛小球的水平位移和平抛运动的高度，故需测定的物理量有小球质量m，小球平抛运动的水平位移s和高度h，由平抛运动规律得hgt2，sv0t，v0s.故小球动能Ekmv，EpEk.12在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量为m1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点如图所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为打点计时器打出的第一个点，点A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点(其他点未画出)已知打点计时器每隔0.02s打一次点，当地的重力加速度为g9.8m/s2.那么(1)纸带的_端(选填“左”或“右”)与重物相连；(2)根据下图上所得的数据，应取图中O点和_点来验证机械

12、能守恒定律；(3)从O点到所取点，重物重力势能减少量Ep_J，动能增加量Ek_J(结果取3位有效数字)答案(1)左(2)B(3)1.881.8413为了“探究外力做功与物体动能变化的关系”，查资料得知，弹簧的弹性势能Epkx2，其中k是弹簧的劲度系数，x是弹簧长度的变化量某同学就设想用压缩的弹簧推静止的小球(质量为m)运动来探究这一问题为了研究方便，把小铁球O放在水平桌面上做实验，让小球O在弹力作用下运动，即只有弹簧推力做功该同学设计实验如下：首先进行如图甲所示的实验：将轻质弹簧竖直挂起来，在弹簧的另一端挂上小铁球O，静止时测得弹簧的伸长量为d.在此步骤中，目的是要确定物理量_，用m、d、g表

13、示为_接着进行如图乙所示的实验：将这根弹簧水平放在桌面上，一端固定，另一端被小铁球O压缩，测得压缩量为x，释放弹簧后，小铁球O被推出去，从高为h的水平桌面上抛出，小铁球O在空中运动的水平距离为L.小铁球O的初动能Ek1_.小铁球O的末动能Ek2_.弹簧对小铁球O做的功W_.(用m、x、d、g表示)对比W和Ek2Ek1就可以得出“外力做功与物体动能变化的关系”，即在实验误差允许范围内，外力所做的功等于物体动能的变化答案弹簧劲度系数k0解析该题也是探究做功与物体动能变化的关系，但是在课本实验的基础上进行了变化和创新，主要考查了灵活应用知识的能力和创新能力在图甲所示的步骤中，目的是确定弹簧的劲度系数

14、k，由平衡条件得：mgkd即k.在图乙所示的实验中，小铁球的初动能Ek10.又根据小球做平抛运动得：hgt2Lvt所以EK2mv2m(L)2弹簧对小铁球做的功等于弹性势能的减少所以Wkx2.14在利用电磁打点计时器(电磁打点计时器所用电源频率为50Hz)“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)某同学用如图甲所示装置进行实验，得到如图乙所示的纸带，把第一个点(初速度为零)记作O点，测出点O、A间的距离为68.97cm，点A、C间的距离为15.24cm，点C、E间的距离为16.76cm，已知当地重力加速度为9.8m/s2，重锤的质量为m1.0kg，则打点计时器在打O点到C点的这段时间内，重锤动能的增

15、加量为_J，重力势能的减少量为_J. (2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a_m/s2.(3)在实验中发现，重锤减少的重力势能总大于重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用，用题目中给出的已知量求出重锤下落过程中受到的平均阻力大小为_N.答案(1)8.008.25(2)9.50(3)0.30解析本题主要考查“验证机械能守恒定律”这个实验的基本原理和应用，并且综合了牛顿第二定律(1)C点速度vCm/s4.00m/s该过程动能的增加量Ekmv1.0(4.00)2J8.00J该过程重力势能的减少量为Epmg1.09.8(68.9715.24)102J8.25

16、J(2)加速度am/s29.50m/s2(3)由牛顿第二定律得mgFfma即Ffmgma0.30N15物体沿斜面下滑时动能发生变化某实验小组为了探究滑块由静止开始沿斜面匀加速下滑过程中动能变化与哪些因素有关，利用如图所示的斜面和滑块A做实验，进行了相应的探究(1)请说出实验中可能影响滑块A动能变化的两个因素：_(2)请设计一实验方案，能直观地反映滑块A滑至斜面底端N处动能大小的不同；例如：方案甲：在斜面底端N处水平放置一平板，并使连接处足够平滑，然后在N处放另一质量较小的滑块B，滑块A滑至N处的动能越大，则滑块B被碰后在平板上滑行得越远你设计的方案乙：_(3)该实验小组利用上述“方案甲”进行实

17、验，并用速度传感器和刻度尺分别测得滑块B在N处被碰后的初速度v的大小与滑行距离x大小对应关系的四组数据，见表请在下图中用图象法求出滑块B与平板之间的动摩擦因数.(g取10m/s2)B滑行距离x/mB在N点速度v/(ms1)0.180.610.320.800.501.010.691.20答案见解析解析(1)影响滑块A动能变化的因素有：斜面的粗糙程度(或动摩擦因数；或摩擦力)；斜面的倾角大小等(2)观察滑块A在与斜面平滑连接的水平面上滑行的位移越大，动能越大或滑块A平抛落地水平位移越大，动能越大或滑块A沿平滑连接的斜面或弧形面上滑高度越高，说明动能越大或观察滑块A从斜面滑到N位置时，也会发生明显形

18、变的障碍物(如海绵、沙子、弹簧、橡皮泥、弹性网等)作用，通过观察，它们的形变越大，动能越大(3)图象如图所示：由动能定理，mv2mgx，v22gx由图象可知动摩擦因数0.1.16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进行测量，则需要测量的物理量有_(填选项前编号)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

19、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_(填选项前编号)(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：_.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”等(任选一条即可)解析A和B在运动过程中，速度大小始终相等需要验证的式子为(m1m2)ghm1v2m2v2即(m1m2)gh(m1m2)v2因此，必须测出m1、m2、h并利用vat求得速度，其中由于m1gFTm1a，FTm2gm2a，所以ag.因此选或均可结合此实验原理易知绳子适当长一些便

20、于操作，但不可过长；m1与m2越接近，摩擦力等阻力对实验测量的影响越明显，为提高实验结果的准确度，应选.多次测量求平均值的方法在测量型实验中经常应用另外选取受力后相对伸长尽量小的绳也可提高实验结果准确程度17.利用气垫导轨装置验证机械能守恒定律时，先非常仔细地把导轨调成水平，然后依图5510所示用垫块把导轨一端垫高H，滑块m上面装l3 cm的挡光框，使它由轨道上端任一处滑下，测出它通过电门G1和G2时的速度v1和v2，就可以算出它由G1到G2这段过程中动能的增加量Ekm(vv)，再算出重力势能的减少量Epmgh，比较Ek与Ep的大小，便可验证机械能是否守恒图5510(1)滑块的速度v1、v2如

21、何求出？滑块通过G1时的高度h如何求出？(2)若测得图中L1 m，x0.5 m，H20 cm，m500 g，滑块通过G1和G2的时间分别为5.0102 s和2.0102 s，当地重力加速度g9.80 m/s2，试判断机械能是否守恒解析：(1)因为挡光框的宽度很小l3 cm而滑块通过电门的时间极短，故可以认为滑块通过电门时做匀速运动，则通过两电门时的平均速度就等于通过G1和G2两位置的瞬时速度，v1，v2；由相似原理可知，可求得hx，H、L、x都是事先设定的(2)v1 m/s0.6 m/s.v2 m/s1.5 m/s，hx0.5 m0.1 m动能增加量Ekm(vv)0.5(1.520.62)J0

22、.473 J.重力势能减少量Epmgh0.59.800.1 J0.490 J，在误差允许的范围内可认为机械能守恒答案：见解析18如图实110所示，在“探究动能定理”实验中小车在运动过程中打点计时器在纸带上打出一系列的点，打点的时间间隔为0.02 s，小车的运动情况在A、B之间可描述为_运动，在C、D之间可描述为_运动小车离开橡皮筋后的速度为_m/s. 答案：加速度逐渐减小的加速直线匀速直线0.3619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实114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

23、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为M.往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量为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(v1v2)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)解析：该实验中的研究对象是滑块

24、，目的是比较合外力对滑块所做的功与滑块动能的增量的关系因为合外力不等于滑块的重力，两端质量不可能“抵消”，所以要分别测出沙、滑块的质量，还要测出滑块移动的距离，便于计算做的功和速度实验时应注意平衡摩擦力，以减少误差，从实验方便性上考虑要把沙的重力看做滑块的合外力，故m远远小于M，故实验表达式为mgLMv22Mv12.答案：(1)天平、刻度尺(2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(3)mgLMv22Mv1220光电计时器是物理实验中经常用到的一种精密计时仪器，它由光电门和计时器两部分组成，光电门的一臂的内侧附有发光装置(发射激光的装置是激光二极管，发出的光束很细)，如图实212中的A和

25、A，另一臂的内侧附有接收激光的装置，如图实212中的B和B，当物体在它们之间通过时，二极管发出的激光被物体挡住，接收装置不能接收到激光信号，同时计时器就开始计时，直到挡光结束光电计时器停止计时，故此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间现有一小球从两光电门的正上方开始自由下落，如图实212所示(1)若要用这套装置来验证机械能守恒定律，则要测量的物理量有_(每个物理量均用文字和字母表示，如高度H)(2)验证机械能守恒定律的关系式为_解析：本实验是围绕机械能守恒定律的验证设计的，关键是速度的测定，本题改打点计时器测量速度为光电门测量由于本装置可记录小球通过光电门的时间t，则将小球的直径D除以t，即可求出小球经过光电门的速度，若再测出两光电门间相距的高度H，即可验证机械能守恒定律(1)需要测量的物理量有：小球直径D，两光电门间的竖直高度H，小球通过上、下两光电门的时间t1、t2.则小球通过上、下两光电门处的速度分别为、.(2)验证守恒关系式为：m()2m()2mgH化简得：2gH.答案：(1)小球直径D、两光电门间的竖直高度H、小球通过上、下两光电门的时间t1、t2(2)2gH版权所有：高考资源网(www.k s 5 )版权所有：高考资源网()版权所有：高考资源网()【精品文档】第 9 页