验证机械能守恒定律-高考全攻略之备战2019年高考物理考点一遍过含解析.pdf

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1、考 点2 r实验：验证机械能守恒定律 考克 解 裱一、实验目的验证机械能守恒定律。二、实验原理如图所示，质量为机的重物从。点自由下落，以地面作为零重力势能面，若果忽略空气阻力，下落过程 中 在 任 意 两 点A和8处 重 物 的 机 械 能 守 恒，即3 吠+咫 自/嫌+g与，该 式亦可写成；-g mv=mghH-nigh,、。等式说明，重物重力势能的减少量等于动能的增加量。为了方便，可以直接从开始下落的。点至任意一 点（如图中A点）来进行研究，这时应有g/m d=?g/2,该式即为本实验要验证的表达式，式中是重物从。点下落至A点的瞬时速度。三、实验器材打点计时器，低压交流电源，带有铁夹的铁架

2、台，纸带，复写纸，带架子的重物，刻度尺，导线。四、实验步骤1 .安装置：按装置图安装器材，沿竖直方向将打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。打 点 二臂 除 带瘟接电源W夹子重物rr2 .打纸带:将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3 5次实验。3 .选纸带（1）用；帆 匕：=m g 4验证时，应选取点迹较为清晰，且1、2两点间的距离略小于或接近2 mm的纸带。（2）用:机吟-:小武=叫 的 验 证 时，由于重力势能具有相对性，选择纸带时应选适当的点为基准点，

3、只要后面的点迹清晰就可选用。五、数据处理方法一：利用起始点和第点进行计算。将 实 验 数 据 代 入 峻 和 刎,2,在实验误差允许的条件下，若 小 和 纲/相等，则验证了机械能守恒定律。方法二：任取两点进行计算。（1）任取两点A、B,测出A6，算出mg自8。（2）算 出;利唾一;如方的值。（3）在实验误差允许的条件下，若，咫自3=g-g 机或，则验证了机械能守恒定律。方法三：图象法从指戴上选取多个带，测量从第一点到其余各点的下落高度/?,并计算出各点速度的平方j,然后以U2/2 为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出V2/2-h图线。若在误差许可的范围内图线是一条过原点且斜率为 g 的直线，则

4、验证了机械能守恒定律。1六、误差分析1.本实验中，由于重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力（如空气阻力、打点计时器阻力）做功，故动能的增加量耳稍小于重力势能的减少量公与，即 A&公弓，这属于系统误差。2 .本实验的另一个误差来源于长度的测量，属于偶然误差。减小误差的办法是测下落距离时都从。点测起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值以减小误差。七、注意事项1.打 点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔要调整在数值方向上，以减小摩擦阻力。2 .应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可减小体积，使空气阻力减小。3 .实验中，需保持

5、提纸带的手不动，且保证纸带竖直，先接通电源，待打点计时器稳定工作后，再松开纸带。4.测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完。5 .速度不能用v产g f“或 为=环 计 算，因为只要认为加速度为g,机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用产计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，实际上由于摩擦阻力的影响，机械能应减小，故速度应通过纸带上的数据计算得到。同样道理，重物下落的高度，也只能用刻度尺直接测量，而 不 能 用 片 或 儿=工计算得到。2 2 g考 向 一 卖险原理典 例 引布r（2 0 1 8浙江省温州市十五校联合体高一下学期

6、期末联考）如图为某同学“验证机械能守恒定律”的实验装置图。（1）现有的器材：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带夹子的重物、导线若干。为完成此实验，除了所给的器材，还需要 o （填选项前的字母）A.刻度尺B.秒表C.2 2 0 V交流电源 D.低压交流电源打点计时器（2）打点计时器的电源为交流电源（频率为50 H z）,如图为打出纸带的一部分，A、B、C为连续的三个点，用刻度尺量得，X =4.1 5 c m,X B C-4.53 c m,则可得到打8点时重物下落的速度大小即=_ m/s,重物下落的加速度大小8=m/s2oA BC【参考答案】（1）A D （2）2.1 7 9.5【详细解析】

7、（1）打点计时器需接0 1 2 V 的交流电源，测量瞬时速度以及下降的距离需要刻度尺。打点计时器可以测量时间，不需要秒表，故选A D。（2 ）根 据 匀 变 速 直 线 运 动 中 时 间 中 点 的 速 度 等 于 该 过 程 中 的 平 均 速 度，可得%T二（4.15+4.53）X 10 2m/s=2.1 7 m/s ；根 据 匀 变 速 直 线 运 动 的 判 别 式 A x =2,可得2T 2 x 0.02麦式益蔑1.（2 0 1 8 江苏省天一中学高考考前热身卷）（1）某同学想利用图甲所示装置，验证滑块与钩码组成的系统机械能守恒，该同学认为只要将摩擦力平衡掉就可以了。你认为该同学的

8、想法（填“正确”或“不正确），理由是 o打点计时器货一垫块钩码匕（2）另一同学用一倾斜的固定气垫导轨来验证机械能守恒定律。如图乙所示，质量为”的 滑 块（带遮光条）放在A处，由跨过轻质定滑轮的细绳与质量为加2 的钩码相连，导轨B处有一光电门，用心表示遮光条的宽度，x表示A、B两点间的距离，。表示气垫导轨的倾角，g表示当地重力加速度。滑块 门（带遮光条）R气垫导轨乙气泵正常工作后，将滑块由4点静止释放，运动至8,测出遮光条经过光电门的时间3该过程滑 块 与 钩 码 组 成 的 系 统 重 力 势 能 的 减 小 量 表 示 为,动 能 的 增 加 量 表 示 为；若系1 1统机械能守恒，则”与

9、x的关系式为”=（用题中已知量表示）.实验时测得g=4 75 g,机 2=5 5 g,遮光条宽度L=4 m m,s i n 0=0.1,改变光电门的位置，滑块1每次均从A点释放，测量相应的x与，的值，以至为纵轴，x为横轴，作出的图象如图丙所示，则根据图象可求得重力加速度g o为 m/s2(计算结果保留两位有效数字)，若g o与当地重力加速度g近似相等，则可验证系统机械能守恒。.1【答案】(1)不正确 有摩擦力做功，不满足机械能守恒的条件(2)(m 2-如s i n夕)g x -(ZW +/H2)心 2(巾2 一叫5。)gxt)(叫+啊)/9,4【解析】(1)机械能守恒的条件只有重力或弹力做功，

10、平衡摩擦力时，是用重力的分力等于摩擦力，但此时系统受到摩擦力，故摩擦力对系统做功，机械能不守恒；故该同学的想法不正确；(2)滑块由A到B的过程中，系统重力势能的减小量为Ep=7%2g x T Hi&i s i n。；经过光电门时的速度为：v =-；则动能的增加量为A ER=5 (m1 4-m2)v2=-(m1+m2)(-)2,或机1 2(m2-m si n O)gx械能守恒，则有：A Ep 二 AE k,联立解得行=-厂一；t (m1+m2)L2(m2-m i n O)gx由上述公式可得，图象中的斜率表示-=k,代入数据解得：=9.4 m/s2(叫+z n2)L【名师点睛】本题考查验证机械能守

11、恒定律的条件，属于创新型的实脸题目，要求能正确分析实验原理,能明确是两物体组成的系统机械能守恒。一 向 二 用 囹 彖/处 理 卖 脸 撒 据典 例 引微.某同学利用图甲所示装置探究力对物体做的功与物体速度变化的关系，得到了下表的数据:实验次数 12345橡皮筋条数13457小车速度W（m.s b0.711.231.4 21.5 81.71（注：每条橡皮筋拉长的长度都一样）（1）由表可得出定性结论：o（2）设一条橡皮筋拉长到固定长度所做功为题，大致画出橡皮筋所做的功W 与小车速度v的图象。（画在图乙中）（3）根据以上的W-v 图象对W与 v（4）根据数据完成下表的空白部分:的关系作出初步判断：

12、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _实验次数12345橡皮筋做功用）v2/(m2-s 2)W与 v 的关系【参考答案】（1）橡皮筋做的功与小车获得的速度有关，并且做功越多，小车获得的速度越大（2）见解析（3）可能W8 V 2（4）见解析【详细解析】每条橡皮筋拉长的长度都一样，一条橡皮筋拉长到固定长度所做的功为%,由做功与拉长橡皮筋条数成正比得，第2、3、4、5次拉长橡皮筋做功应分别为3 的、4 W o,5 恤、7版。（1）定性结论：橡皮筋做的功与小车获得的速度有关，并且做功越多，小车获得的速度越大。（2）W与 v 的图象如图所示。10%2 v/(m,s

13、-1)（3）W与 v 的图象很像抛物线，可能卬口声。(4)如下表实验次数12345橡皮筋做功W)3%4%5 W o7 W ov2/(m2-s-2)0.5 01.5 12.0 22.5 02.92W与 v 的关系W 8 V2变式力展1.(20 1 8 江西省上饶市高一第二学期期末统考)某同学安装如图甲所示的实验装置，验证机械能守恒定律。如图乙所示是该实验得到的一条点迹清晰的纸带；现要取A、B 两点来验证实验，已知电火花计时器每隔 0.0 2 s 打一个点。电火花军工计时器纸带甲 乙请回答下列问题：(1)下列几个操作步骤中：A.按照图示，安装好实验装置；B.将打点计时器正确连接到电源上；C.用天平

14、测出重物的质量；D.先释放重物，后接通电源，纸带随着重物运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点;E.测量纸带上某些点间的距离；F.根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。没 有 必 要 的 是,操作错误的是 o (填步骤前相应的字母序号)(2)根据图乙中纸带可以判断，实验时纸带的(填“左”或“右”)端和重物相连接。(3)若 X 2=4.8 0 c m,则在纸带上打下计数点B 时 的 速 度 m/s。(4)若两数据也已测出，则要验证机械能守恒定律，实 验 还 需 测 出 的 一 个 物 理 量 为。(5)经过测量计算后，某 同 学 画 出 了 如 图 所 示 的 图 线

15、，为重物距地面的高度，则图中表示动能随高 度 变 化 的 曲 线 为 (填“图线式 或“图线B”)。4 E/J0 100 200 300 400 500 h/mm【答案】(DC D (2)左(3)1.2 (4)A、B 之间的距离或力相(5)图线8【解析】(1)因为我们是比较 际 、2 6 供的大小关系，故，可约去比较，不需要用天平，故 c 没有必要；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故 D错误。(2)从 A到 3可以看出，相等时间内的位

16、移越来越大，则纸带的左端与重物相连。(3)根据中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度来求B的速度大小，得在纸带上打下记数点B工乂、*&x2 0.0 4 8 0时的速度 -m/s=1.2 m/s oB 2T 2 x 0.0 2 (4)要 验 证 机 械 能 守 恒 定 律，则需要重物下落过程中减少的重力势能等于增加的动能，即1 _ 1 _m g/i.B=/诏-严 说，若无|数据也已测出，则实验还需测出物理量为AB 之间的距离。(5)设释放重物离地的高度为H,根据动能定理可知E =m g (H -h)=m g H -m g h,所以在图中表示动能随高度变化的曲线为图线B。【名师点睛】纸带问题的处

17、理是力学实验中常见的问题。我们可以纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度。2.甲实验小组利用图(a)装置探究机械能守恒定律。将小钢球从轨道的不同高度h处静止释放，斜槽轨道水平末端离落点的高度为H，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s。(g 取 1 0 m H)(1)若轨道完全光滑，S 2 与力的理论关系应满足$2=(用、表 示)。（2）图（b）中图线为根据实验测量结果，描点作出的s 2 f 关系图线；图线为根据理论计算得到的$2 _ 人关系图线。对比实验结果，发现自同一高度静止释放的钢球，实 际 水 平 抛 出 的

18、速 率 （选填“小于”或“大于”）理论值。造成这种偏差的可能原因是.乙实验小组利用同样的装置“通过频闪照相探究平抛运动中的机械能守恒将质量为0.1 k g 的小钢球A由斜槽某位置静止释放，由频闪照相得到如图（C）所示的小球位置示意图，。点为小球的水平抛出点。（3）根据小球位置示意图可以判断闪光间隔为 s。（4）以 O点为零势能点，小球A在。点的机械能为 J；小球A在 C点时的重力势能为 J,动能为 J,机械能为【答案】（1）4 H/7 （2）小于 轨道与小球间存在摩擦或小球的体积过大（3）0.1 （4）0.1 1 2 5-0.8 0.9 1 2 5 0.1 1 2 5I,【解析】（I）对于小球

19、从静止释放到水平抛出这段曲线运动，运用动能定理研究得：mgh -m r,解得:1 2 H,对于平抛运动，运用平抛运动的规律得出：在竖直方向：H=-gt2,则有：t=,2V g在水平方向：s=vt,由 得：s=2 j 福 所 以:s2=4 H h.（2）对比实验结果与理论计算得到的s 2 f 关系图线中发现：自同一高度静止释放的钢球，也就是为某一具体数值时，理论的52 数值大于实验的52 数值，根据平抛运动规律知道同一高度运动时间一定，所以实脸中水平抛出的速率小于理论值。从.小一力关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，认为造成上述偏差的可能原因是小球与轨道间存在摩擦力，或小球的体积过大

20、造成的阻力过大；由于摩擦阻力做功损失了部分机械能，所以造成实验中水平抛出的速率小于理论值。(3)根 据 产 得：7 =旧 s=0.1 s。0 0 5 x 4(4)设 O 点 下 一 个 点 为B点，根 据 运 动 学 公 式 得 =-.=1 m/s ,水 平 初速 度2 x0.1v =1.5 m；,所 以 小 球A在O点 的 速 度 v o=1 .5 m/s,小 球A在C点时的速度0.1vc=/i f +(1；：+0.1 x 1 0)2 ,小球 A 在。点的机械能 0=0+；xO.l x(1.5)2=0.1 1 2 5 J,因。点为小球的水平抛出点，且以。点为零势能点，则小球4在 C点时的重力

21、势能为E p=M g/2=0.8 J：在 C 点、1 ,1 ,的动能：Eke-mvc=0.91 2 5 J；小球 A 在 C 点时的机械能 x,”x%+(T n g/?o c)=0.9 1 2 5-0.8=0.1 1 25 J o【名师点睛】本题从新的角度考查了对机械能守恒实定律的理解，有一定的创新性，很好地考查了学生的创新思维，掌握平抛运动的处理方法，平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做自由落体运动。考 向 三 特殊处理汝农实脍中的良用典 例 引辍用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验时接通电源，质量为，*2 的重物从高处由静止释放,质量为孙的重物拖着纸带打出一系列的点，

22、图乙是实验中打出的一条纸带，A是打下的第1 个点，量出计数点E、F、G到 4点距离分别为a、4、di，每相邻两计数点的计时间隔为7,当地重力加速度为g。(以下所求物理量均用已知符号表达)(1)在 打 点 的 过 程 中，系统动能的增加量A Ek=，系统重力势能的减少量A p=比较公反、A Ep 大小即可验证机械能守恒定律。（2）某同学根据纸带算出各计数点速度，并作出匕-d 图象如图丙所示，若 图 线 的 斜 率 上,2即可验证机械能守恒定律。【参考答案】（1）（肛+牡）（4-（m2-m i）gd2（2）色 二8 7 2 仍+利【详细解析】（1）由于每相邻两计数点的计时间隔为7,根据某段时间内的

23、平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出点F的瞬时速度：VF=O 2T在 A F 过程中系统动能的增量A Ek=-（，+加，）”2=（仍+砥）（&-4）。28T2系统重力势能的减小量为Ep=（?2-2 ）g d2。（2）本题中根据机械能守恒可知，（加 2-如）8=；（租1+）?2）口 2,即有：y V2=gd,所 以;J-d 图象中图象的斜率表示重力加速度，那 么 斜 率 七 处 二 四 g。I 1 十丐【名师点睛】本题验证系统机械能守恒，关键得出系统动能的增加量和系统重力势能的减小量，要掌握求瞬时速度的方法。变太益及1.（2 0 1 8 安徽省淮南市高三第二次模拟考试）如图所示是用光电计时器等器材

24、做“验证机械能守恒定律”的实验。图甲为光电门的激光发射和接收装置。图乙中的滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平气垫导轨上，并通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连测得滑块（含遮光板）质量为M、钩码质量为?、遮光板宽度为4、当地的重力加速度为g。将滑块在图示位置释放后，光电计时器记录下遮光板先后通过两个光电门的时间分别为A。、A t2 o计 时 器/光电门 气垫导轨图甲可矶图乙（1）用游标卡尺测量遮光板宽度，测量结果如图丙所示，则读数为 c m；（2）若实验中测得两光电门中心之间的距离为L,本实验中验证机械能守恒的表达式为：（用题目中给定的字母表示）；（3）若测得的系统动能增加量大于重力势能减少量，请分析

25、可能的原因 o1【答案】(1)1.01 5 (2)mgL=-(M +m)(d )72-1 (M +m)(d)7 气垫导轨的左侧偏高【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为1 0 mm,游标尺上第3个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为 3 x 0.05 m m=0.1 5 mm,所以最终读数为：1 0 m m+0.1 5 m m=1 0.1 5 m m=1.01 5 c m;(2)实验原理是：求出通过光电门1 时的速度v i,通过光电门1 时的速度v2,测出两光电门间的距离L,1 1在这个过程中，减少的重力势能能：X Ep =m g L,增加的动能为：A Ek=-(M +m)域-万(M +m)说

26、；1 1我们验证的是：Z X E p 与 的 关 系，即验证：A E p =A E k 代入得：mgL=-(M +m)(M +m)说,d d 1 d 7 1 d 9又：vi 7,“2 =代入得：mgL=可(M +m)(-)-(M +m)(T)；C ZAL 2 乙 A C?N A C(3)将气垫导轨倾斜后，由于滑块的重力势能的增加或减少没有记入，故增加的动能和减少的重力势能不相等；若左侧高，系统动能增加量大于重力势能减少量；若右侧高，系统动能增加量小于重力势能减少量。2.(2 01 8 普通高等学校招生全国统一考试仿真卷)某同学设计了如图所示的装置去验证小球摆动过程中的机械能守恒，实验中小球到达

27、B点(图中未标出)时恰好与桌面接触但没有弹力，。处的箭头处放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时被割断，小球做平抛运动落到地面，P是一刻度尺。该同学方案的优点是只需利用刻度尺测量A位置到桌面的高度h,桌面到地面的高度”及平抛运动的水平位移L即可(1)测量A位置到桌面的高度人 应从 开始测(选填“球的下边沿”或“球心”)(2)实验中改变多测几次/I 和乙的数值，利用作图象的方法去验证。该同学取纵轴表示3 则横轴应表示 o(3)若所作图象的斜率为,则满足 关系即可证明小球下摆过程中机械能守恒。【答案】(1)球的下边沿(2)时 (3)k=2y H【解析】(1)球做平抛运动，根据水平方向匀速直线与竖直方向

28、自由落体，对于竖直方向的高度是球下边沿离开桌面，到下落到地面，因此测量A位置到桌面的高度 应从球下边沿开始测量：1 2H（2）根据球做平抛运动，则有：H=-g t2,L=vt ,联立解得:L=v，而球做圆周运动时，2 g则有：mgh =m v2,联立解得：L-2 fH h ,因此该同学取纵轴表示L,则横轴应表示 :（3）若所作图象的斜率为A,根 据 第（2）问，则满足卜=2 西，即可证明下摆过程中，机械能守恒。一 向 四 软辞处理帝在实险中的会用典 例引布T在“验证机械能守恒定律 的实验中，利用重物拖着纸带自由下落通过打点计时器并打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。

29、（1）在实验过程中，下 列 说 法 正 确 的 是。A.选用纸带上任意两点的数据都可以验证机械能守恒定律B.必须使用的测量仪器有：打点计时器、天平和刻度尺C.实验中其他条件不变时，所选重物的密度大小不影响实验的误差D.纸带与打点计时器的两个限位孔要在同一竖直线上（2）正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示，图中。点为打点起始点，且速度为零。选取纸带上打出的连续点，标 上 人B、C 测得其中、F、G点距打点起始点。的距离分别为九、的、加。已知重物的质量为相，当地重力加速度为g,打点计时器的打点周期为兀 为验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从打下。点到打下F点的过程中

30、，重 物 重 力 势 能 的 减 少 量 公 与=,动能的增加量&=。（用题中所给字母表示）,耳 w P?F V【参考答案】（1）D （2）mgh,8T2【详细解析】（1）为了减小误差，应取距离较大的两个点进行测量计算，故 A错误；根据机械能守恒的表达式，质量抵消，可知不需要测量质量，故 B错误；由于阻力实际不能忽略，故若密度过小，导致重物质量过小，阻力的影响较大，结果误差较大，故 C错误；为了减小误差，纸带与打点计时器的两个限位孔要在同一竖直线上，故 D正确。(2)重力势能减小量等于m g/z,而 OF两点的距离为饱，故减小的重力势能等于加g%：/点的速度等于EG段的平均速度，故v =&凸2

31、T则尸点的动能等于L ,丫 2 =?仇二4)。2 8 T 2变式玄屐1.(2 0 1 8 福建省莆田第六中学高一下学期第一次月考)用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。O ,4 -.c 露(Z H Z)izzzzmL 二 二 二 二 二 二:(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用的电源的频率为5 0 H z,查得当地的重力加速度g=9.8 m/s2,测得所用的重物的质量，“=1.0 k g。实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作。，另选连续的4个点A、B、C、。作为测量的点。如图所示，经测量知道A、B、C、D各点到。点的距离分别为6 2.9 9 c m、7 0.1

32、8 c m、7 7.7 6 c m、8 5.7 3 c m,根据以上数据，可知重物由。点运动到C点，重力势能的减少量等于J,动能的增加量等于 J。(取三位有效数字)(2)光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕。点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球(可看作质点)。现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。(a)还 需 要 的 器 材 是。(b)以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对 能的测量，进而转化对 和的直接测量。【答案】(1)7.6 2 7.5 7 (2)天平，刻 度 尺 重 力 势 质 量 上 升 高 度【解析】(1)重力势能减小量为

33、：E p=/ng%=1.0 x9.8x0.7 7 7 6 J=7.6 2 J,在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，因此有：丫 =退=Q 7 3-70.18)x10 1 nzs =3.89m/s,所0 2T 2 x0.0 21 ,1 ,以动能增加量为：A Ek=xl x3.89-J =7.5 7 J o(2)(a)用小球压缩弹簧，再将弹簧释放，弹簧的弹性势能转化为小球的动能，由于水平轨道与圆弧轨道均是光滑的，只有弹簧的弹力和重力做功，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，根据机械能守恒定律得，弹簧的弹性势能Ep=mgh,因此需要用天平测量小球的质量m,用刻度尺测量小球在光滑圆弧

34、轨道上上升的高度上（b）根据机械能守恒可知，实际上是把对弹性势能的测量转化为对重力势能的测量，根据重力势能的计算公式弓=”的，可知需要直接测量的物理量是质量、上升高度。2.（2 0 1 8广东省汕头市高一下学期期末教学质量监测）利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。请回答下列问题：（1）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 oA.交流电源 B.刻度尺 C.天 平（含祛码）（2）实验时，先,再释放重物，得到下图所示的一条纸带。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 的距离分别为勾、如、hC o已知当

35、地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为兀若重物的质量为?，从打。点到打8 点的过程中，重物的重力势能变化量/=_，动能变化量AG=。（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。m （,hc-hA）2【答案】（1）A B （2）先接通电源 一机g 须-一-（3）存在空气阻力和摩擦阻力的影响8T2【解析】（1）打点计时器需接交流电源，实验中需要用刻度尺测量点迹间的距离，从而求出瞬时速度以及重力势能的减小量。实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，不需要用天平测量质量，故选AB：（2）为了打点计时器能稳定工作，应先接通电源，再放开小车；从 打。

36、点到打8点的过程中，重物的.u.h r-hA 1 c m(f tr -hA)2重力势能变化量E p=m g 而，B点的瞬时速度玲=-,则动能的增加量 4 二-加诏=-；2 7 2 8 产(3)由于存在空气阻力和摩擦阻力的影响，重力势能的减小转化为动能和内能，所以重力势能的减少量大于动能的增加量。一 一 五 实险铁是女整忐事项粪 例 引用T(2 0 1 8 浙江省诸暨市牌头中学高一下学期期中考试)在用落体法验证机械能守恒定律时，某小组按照正确的操作选得纸带如图，其中。是起始点，4 B、C 是打点计时器连续打下的3 个点，用毫米刻度尺测量。到4 B、C 各点的距离，并记录在图中。(已知当地的重力加

37、速度g =9.8 0 m/s?，重锤质量为m =1 k g,计 算结果均保留3 位有效数字)(1)图中的三个测量数据中不符合有效数字读数要求的是 段的读数，应记作 cm；(2)甲同学用重锤在。8 段的运动来验证机械能守恒，他用4 c 段的平均速度作为B 点对应的即时速度与，则求得该过程中重锤的动能增加量%=/,重力势能的减少量A E p=Jo这样验证的系统误差总是使/(选填“”、“”或“=)，其主要原因为。【参考答案】(1)O C 1 5.70 (2)1.2 0 1.2 2 下落过中有阻力的影响【详细解析】(1)图中的三个测量数据中不符合有效数字读数要求的是OC段，应记作1 5.70 c m。

38、A C 0.1 57 0-0.0 9 5 1(2)利用中点时刻的速度等于平均速度可得：vB=-m/s =1.55m/s,则求得该过1 N X U.UN1 1程 中 重 锤 的 动 能 增 加 量 A&=诏=2 x 1 x 1.55?/=1.2 0),重 力 势 能 的 减 少 量A E p =m g/j =1 x 9.8x 0.1 2 42/=1.2 2),这样验证的系统误差总是使A 4 A E p。两者在数值上不相等，这是因为物体下落过程中受阻力作用。名师点睛】中点时刻的速度等于平均速度，并且利用动能的定义及势能的定义脸证动能增加和重力势能减小之间的关系。变式 展1.（2 0 1 8广东省汕

39、头市潮阳第一中学高三考前七校联合体高考冲刺交流）在验证机械能守恒定律的实验中,使质量机=0.3 0 k g 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，已知打点计时器每隔G0.0 2s 打一个点，当地的重力加速度为g=9.8 m/s，（1）同学甲选取一条纸带如图1 所示，在点迹较清晰的部分选取某点。作为起始点，图中A、8、C、h.+h-,1 -。为纸带上选取的四个连续点。根 据 喋=计 算 出 C点的速度，然后利用琢验证机械能守恒，这样处理存在的错误是一o（2）同学乙利用同学甲的纸带测量出：0 5=1 5.55 c m,0 c=1 9.2 0 c m,。=2 3.2 3 c m。根据测量

40、数据计算重物和纸带下落的加速度a=m/s2,进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力户_ N o （计算结果均保留2 位有效数字）（3）同学丙通过实验得到一条纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下第一个点的距离，算出了各计数点对应的速度V,以为横轴，以1于 92 为纵轴画出了如图2所示的图线，图线未过原点0。试分 析 同 学 丙 在 实 验 操 作 过 程 中 可 能 出 现 的 问 题。【答案】（1）。点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零（2）9.5 0.09 0该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关【解析】（1）0点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零，所

41、以验证机械能守恒定律的表达式为：mghc=mvc-mvlo（2 ）根 据 匀 变 速 直 线 运 动 的 推 论 公 式X=T 2求 出 加 速 度 的 大 小：0.232 3-0.192 0-(0.192 0-0.155 5),一 ,-；-m/s=9.5m/s；(0.02)2由牛顿第二定律得机且二户?，解得阻力户0.09 0 N o（3）图线不过原点，说明开始时，物体已经具有了动能，因此该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关。【名师点睛】明确实验原理，熟记处理纸带问题的思路和方法，注意求瞬时速度的方法，分清理论推导与实脸探索的区别，学会求加速度的方法。告:珠R 幡 运考 点

42、闻案1.(2 01 8 福建省漳州市高三考前模拟考试)在“验证机械能守恒定律 的实验中，小明同学利用传感器设计实验：如图，将质量为，小 直径为”的金属小球在一定高度/?由静止释放，小球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间f,改变小球下落高度儿进行多次重复实验。此方案验证机械能守恒定律方便快捷。金及小球甲红外线时间M示器(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径“=mm；(2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应 作 下 列 哪 一 个 图 象；1 ,1A.一/图象 B.一 一图象 C.h-t图象 D.h 图象tV(3)若(2)问 中 的 图 象 斜 率

43、为 则 当 地 的 重 力 加 速 度 为(用“二 心”表示，忽略空气阻力).2.某同学在研究“对不同物体做相同功情况下，物体质量与速度的关系”时，提出了以下四种猜想：纸带A.m 8 V1B.m0c-v21C.m v D.V为验证猜想的正确性，该同学用如图所示的装置进行实验：将长木板平放在水平桌面上，木块固定在长木板一端，打点计时器固定在木块上，木块右侧固定一轻弹簧。用连接纸带的小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放，打点计时器在纸带上打下一系列点，选取点迹均匀的一部分纸带，计算出小车匀速运动的速度V,测出小车的质量如；然后在小车上加祛码，再次压缩弹簧至木板虚线处由静止释放小车,计算出小车和祛

44、码匀速运动的速度也，测出小车和祛码的总质量机2；再在小车上加祛码，重复以上操作,分别测出也、W 1 3（1）每次实验中，都将小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放，目的是；若要消除每次实验中小车和纸带受到的阻力对小车运动的影响，应进行的实验操作是 o（2）某次实验采集的五组数据如下表:m/k g0.1 00.2 00.3 00.4 00.5 0v/(m-s-1)1.0 0 00.7 0 70.5 7 70.5 0 00.4 4 7由表格数据直观判断，明显不正确的两个猜想是A、B、C、D中的；若对某个猜想进行数据处理并作图，画出了如图所示的图象，则图中的横坐标应是 03.（2 0 1 8 安徽省

45、宣城市高一下学期期末考试）为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用 D I S 设计了一个实验，实验装置如图甲所示，图中4 为电磁铁，B 为光电门。有一直径为d、质量为m的金属小球通过电磁铁从力处由静止释放，下落过程中能通过4 处正下方、固定于B 处的光电门，测 得 人B间的距离为以光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t,当地的重力加速度为g,且小球直径d 远小于4 B 间的距离H。（1）小球经过光电门B 时 的 速 度 表 达 式 为;1（2）多次改变高度H,重复上述实验，作 出 的 变 化 图 象 如 图 乙 所 示，当图线斜率k =时（用已知量9、d 表示），可判断小球下

46、落过程中机械能守恒；（3）实验中发现动能增加量A%总是稍小于重力势能减少量A%,增加下落高度后，A E p-A 4 将_（选填 增加”、减小”、“不变”）。4.用如图1 所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止落下的过程中，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，已知重力加速度为g,即可验证机械能守恒定律。（1）下列说法正确的是 0A.用刻度尺测量重物下落的距离，用秒表测量下落的时间B.通过测量重物自由下落过程中动能的增加量和重力势能的减少量是否相等来验证机械能守恒定律C,重物在下落过程中克服空气阻力做功是实验误差来源之一D.需要用天平测量重物的质量（2

47、）如图2所示是实验中得到一条较为理想的纸带，将起始点记为0,并在离0点较远的任意点依次选取6个连续的点，分别记为4、B、C、D、E、F,测出它们与。点的距离分别为历、海、自、h4、饱、自，使用交流电的周期为T,设重锤质量为加，则在打。点和E点这段时间内的重力势能的 减 少 量 的 表 达 式 为，在打E点 时 重 锤 的 动 能 的 表 达 式 为。（3）在本实验中发现，重锤减少的重力势能总是 重锤增加的动能（选填 大于”或“小于”）,主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，为了测定阻力大小，可算出图2中纸带各点对应的速度，分别记为0至外,并作均2 _“图象，如图3所示，若直线斜率为匕则可

48、测出阻力大小的表达式为。5 .（2 0 1 8 安徽省滁州市凤阳县第三中学高三上学期1 1 月月考）利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图1 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机的小球相连；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点到光电门B处的距离，。表示遮光片的宽度，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，实验时滑块在A处由静止开始运动。（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度从 结果如图2所示，由此读出加 mm；（2）

49、某次实验测得倾角6=3 0。，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时机和M 组成的系统动能增加量可表示为4以=,系统的重力势能减少量可表示为4 4=,在误差允许的范围内，若 Ek=A Ep,则可认为系统的机械能守恒；（用题中字母表示）（3）在上次实验中，某同学改变A、8 间的距离，作出的j-d图象如图3所示，并测得M=i,则重力加速度g=m/s2o6 .在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量k g 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为第一个点，4、8、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0.0

50、 2 s 打一次点，当地的重力加速度g=9.80 m/s2o 那么：j ,15.55 cmHi*-19.20cm J:23.23 cm-（1）纸带的端（选填 左”或 右”）与重物相连；（2）根据图上所得的数据，应取图中O点和 点来验证机械能守恒定律;（3）从 0点到所取点，重 物 重 力 势 能 减 少 量 与=J,该所取点的速度大小为 m/s；（结果取 3位有效数字）（4）一位同学按如下方法判断机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点。的距离h,计算对应计数点的重物速度为V,描绘v2-/z图象，若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，该 同 学 的 判 断 依