第八章 5实验：验证机械能守恒定律同步练习（Word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第八章 5实验：验证机械能守恒定律同步练习（Word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 496.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-02-15 13:48:45 | ||
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文档简介
2019人教版必修第二册 第八章 5 实验：验证机械能守恒定律 同步练习
一、多选题
1．在“用打点计时器验证重锤做自由落体运动的过程中机械能守恒”的实验中，以下说法正确的有（ ）
A．必须用天平称出物体的质量
B．重锤应该选质量大，体积小的金属材质，有利于减小误差
C．利用电磁打点计时器操作时，应先接通电源然后放开纸带
D．普通情况下做该实验时，由于阻力的影响，每次都得到mgh会略大于的，但在误差范围内还是可以证明重锤自由下落过程中机械能守恒
二、实验题
2．(1)在做“验证机械能守恒定律”的实验时，实验小组A不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了，剩下的一部分纸带上各点间的距离如图所示，已知打点计时器的周期为T，重力加速度为g，重锤的质量为m。
记录B点时，重锤的动能为，记录C点时，重锤的动能________；重锤从B点到C点重力势能变化量是________，动能变化量是________，若在误差范围内________（填“大于”“小于”或“等于”），则物体机械能守恒。
(2)在验证机械能守恒定律的实验中，自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少____________对实验的影响。
3．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DIS设计了一个实验，实验装置如图甲所示，图中A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A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H，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A、B间的距离H．则：
（1）小球经过光电门B时的速度vB表达式为_____；
（2）多次改变高度H，重复上述实验，作出-H的变化图象如图乙所示，当图线斜率
k=________时（用已知量g、d表示），可判断小球下落过程中机械能守恒；
（3）实验中发现动能增加量△Ek总是稍小于重力势能减少量△EP，增加下落高度后，△EP-△Ek将_______增加（选填“增加”、“减小”、“不变”）．
4．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度，测得所用的重物质量为1.00 kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带，如图所示，第一个点记作O，当打下O点时重物对应的速度为零，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为、、、，根据以上数据可知重物由O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）
5．某实验小组用如图1实验装置测重力加速度．两物体m1、m2悬挂在轻质定滑轮上，m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，可测出运动加速度．图2给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示．已知m1=50g、m2=150g，则（结果保留两位有效数字）
①在纸带上打下记数点5时的速度v=_____m/s；
②若某同学作出v2一h像如图3，则当地的重力加速度g=_____m/s2：
③此方法测量重力加速度总是_____（填“偏小”或“偏大”），请找出产生此误差的两条主要原因：
（1）
（2）_____．
6．用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律实验所用的电源为学生电源，输出电压有交流电和直流电两种重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．
下列几个操作步骤中：
A.按照图示，安装好实验装置；
B.将打点计时器接到电源的“交流输出”上；
C.用天平测出重锤的质量；
D.先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动，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锤下落过程中减少的重力势是否等于增加的动能．
没有必要的是______，操作错误的是______填步骤前相应的字母
使用质量为m的重锤和打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，在选定的纸带上依次取计数点如图2所示，纸带上所打的点记录了物体在不同时刻的位置，那么纸带的______端填“左”或“右”与重物相连设打点计时器的打点周期为T，且O为打下的第一个点当打点计时器打点“3”时，物体的动能表达式为______，若以重物的运动起点O为参考点，当打第点“3”时物体的机械能表达式为______．
7．在“验证机械能守恒定律”实验中，某同学采用让重物自由下落的方法验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。
（1）除图中给出的器材外，下面列出三种器材，完成实验不需要的是____。
A． 交流电源 B． 刻度尺 C． 天平
（2）实验过程中他进行了如下操作，其中操作不当的步骤是________。
A． 将打点计时器接到直流电源上
B． 先释放纸带，后接通电源
C． 在纸带上选取适当的数据点，并测量数据点间的距离
D． 根据测量结果计算重物下落过程中减少的重力势能及增加的动能
（3）图乙是正确操作后得到的一条纸带。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sA、sB、sC．已知重物质量为m，当地重力加速度为g，打点计时器的打点周期为T。从打下O点到打下B点的过程中，重物重力势能的减少量_______，动能的增加量________。
（4）由实验数据得到的结果应当是重力势能的减少量________动能的增加量（选填“大于”、“小于”或“等于”），原因是________。
（5）小红利用公式计算重物的速度vC，由此计算重物增加的动能，然后计算此过程中重物减小的重力势能，则结果应当是________。
A． > B． < C． =
8．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为，测得所用重物的质量为1.00kg。若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离如图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s），那么
（1）纸带的______（填“左”或“右”）端与重物相连。
（2）在从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量是______，此过程中重物动能的增加量是______。（结果均保留两位有效数字）
（3）实验的结论是______。
9．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m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，b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)滑块通过B点的瞬时速度可表示为__________；
(2)某次实验测得倾角θ=30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为△Ek=__________，系统的重力势能减少量可表示为△Ep=__________，在误差允许的范围内，若满足___________，则可认为系统的机械能守恒；
(3)在上述实验方法，某同学改变A、B间的距离，得到滑块到B点时对应的速度v，作出的v2-d图象如图2所示，并测得M=m，则重力加速度g=__________m/s2。
10．在验证机械能守恒定律的实验中采用重物自由下落的方法．
（1）某同学列举实验中用到的实验器材为：铁架台、打点计时器及复写纸片、纸带、秒表、低压交流电源、导线、重锤，其中不必要的是__________________________；缺少的是_________________________．
（2）用公式进行验证时，对纸带上起点的要求是______________________，为此目的，所选纸带的第一、二两点间距应接近__________________．
（3）如果以为纵轴，以为横轴，根据实验数据绘出的图线应是下图中的____________，其斜率等于__________________的数值．
A． B．
C． D．
11．为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置（包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计）进行实验。此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺。
（1）某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是___________；
①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字毫秒计；
②用天平测量滑块和遮光条的总质量m；
③用游标卡尺测量遮光条的宽度d；
④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l；
⑤调整好气垫导轨的倾斜状态；
⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间、；
⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度、；
⑧改变气垫导轨倾斜程度，重复步骤⑤⑥⑦，完成多次测量。
（2）用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则___________；某次实验中，测得，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度___________（保留3位有效数字）；
（3）在误差允许范围内，若___________（用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g），则认为滑块下滑过程中机械能守恒；
（4）写出两点产生误差的主要原因：___________。
12．在《验证机械能守恒定律》实验中，实验装置如图所示。
(1)根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为x0，点A、C间的距离为x1，点C、E间的距离为x2，交流电的周期为T，当地重力加速度为g，则根据这些条件计算打C点时的速度表达式为：vc=_________________(用x1 、x2和T表示)
(2)根据实验原理，只要验证表达式_____________________________（用g、x0、x1 、x2和T表示）成立，就验证了机械能守恒定律。
(3)完成实验中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，我们可以通过该实验装置测定该阻力的大小则还需要测量的物理量是____________（写出名称）
13．用图甲所示的装置来研究自由落体运动，得到的一条纸带如图图乙所示，O为打下的第一个点，相邻两计数点间的时间间隔为0.1s．测得O点到各计数点间的距离为：hOA=48.5mm，hOB=193.9mm，hOC=436.5mm，hOD=776.0mm.
（1）计时器打C点时重物下落的速度vC=__________m/s（保留三位有效数字）；
（2）重物自由下落的加速度g测=_________m/s2（保留三位有效数字）．
（3）某同学想利用测得的vC、g测的值，以及O、C间的距离h，判断g测h与 是否相等，来验证机械能是否守恒．你认为此方案是否可行？_______________．（选填“是”或“否”）
14．“落体法”是验证机械能守恒定律的主要方法之一（如图甲），某次操作得到了如图乙所示的纸带，已知打点周期为T、重锤的质量为m，依次测出了各计时点到第一个计时点O的距离如图中所示，请回答下列问题：
（1）打A点时重锤的速度表达式vA=_________．若已经计算出A点和E点的速度分别为vA、vE，并且选取A到E的过程进行机械能守恒定律的验证，则需要验证的关系式为______________________．
（2）如果某次实验时，发现重力势能的减小量比动能的增加量大很多，出现这种现象的原因可能是________（填序号）．
A．重物质量测量得不准确
B．因为阻力的作用，所以实验误差很大，但也能验证机械能守恒定律成立
C．打点计时器两个限位孔不在同一条竖直线上，导致摩擦力或阻力太大导致的
D．实验时出现了先放纸带，后接通电源这样的错误操作导致的
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．BCD
【解析】
【详解】
A．要验证的关系式是mgh=mv2，两边消掉m，则实验中没必要用天平称出物体的质量，选项A错误；
B．重锤应该选质量大，体积小的金属材质，可减小空气的阻力，从而有利于减小误差，选项B正确；
C．利用电磁打点计时器操作时，应先接通电源然后放开纸带，选项C正确；
D．普通情况下做该实验时，由于阻力的影响，每次都得到mgh会略大于的，但在误差范围内还是可以证明重锤自由下落过程中机械能守恒，选项D正确。
故选BCD。
2． 等于 空气阻力和打点计时器对纸带的阻力
【解析】
【详解】
(1)[1]记录C点时，重锤的动能
[2]重锤从B点到C点重力势能变化量是
[3]动能变化量是
[4]若在误差范围内等于，则物体机械能守恒。
(2)[5]在验证机械能守恒定律的实验中，自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少空气阻力和打点计时器对纸带的阻力对实验的影响。
3． d/t 增加
【解析】
【详解】
【分析】由题意可知，本实验采用光电门利用平均速度法求解落地时的速度；则根据机械能守恒定律可知，当减小的机械能应等于增大的动能；由原理即可明确注意事项及数据的处理等内容；
解：(1)已知经过光电门时的时间小球的直径；则可以由平均速度表示经过光电门时的速度，故；
(2)若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有：；
即，解得：，结合图象，则有：；
(3)由于该过程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多；故增加下落高度后，,则将增加；
4． 7.62 7.57
【解析】
【分析】
【详解】
[1]重物由O点运动到C点重力势能减小量
1.009.80.7776J=7.62J
[2]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，因此重物运动到C点时的速度，等于B到D的平均速度，则有
重物动能的增加量
5． 2.4 9.6 偏小 滑轮有质量、纸带有摩擦力
【解析】
【详解】
解：①据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，可知打第5个点时的速度为：
v5===2.4m/s
②两个物体构成的系统机械能守恒，根据机械能守恒定律，有：
（m2﹣m1）gh=（m1+m2）v2
即：v2=gh=gh=gh
故v2一h图象的斜率表示重力加速度，为：
g==9.6m/s2
③由上可知，因存在纸带的阻力，摩擦阻力等因素，
则减小的重力势能没有完全转化为动能的增加，
因此通过此方法测量的重力加速度会偏小，
故答案为
①2.4，
②9.6，
③偏小；滑轮有质量、纸带有摩擦力、滑轮有摩擦力、空气阻力等任写两条即可．
【点评】
本题关键是根据机械能守恒定律推导出v2一h图象的表达式进行分析，注意图象的斜率含义．
6． C D 左
【解析】
【详解】
（1）验证机械能守恒定律验证的是：，等号两边的质量可以约去，所以不需要质量，故C项没必要；在实验室应该先接通电源，再释放纸带，故选项D错误．
（2）因为是自由落体运动，下落的距离应该是越来越大，所以纸带最左端与重锤相连．根据推论中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度可得打点“3”时的瞬时速度为：，重锤动能的表达式为：，以O为参考点，当打第点“3”时物体的重力势能为，因此物体的机械能为
7． C AB mgsB 大于 重物和纸带克服摩擦力和空气阻力做功，有一部分重力势能转化成了内能 C
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]A．需要使用交流电源给打点计时器供电，故A不符合题意；
B．需要使用刻度尺测量点迹间的距离，故B不符合题意；
C．验证机械能守恒定律时，质量可以消去，不需要测量质量，故C符合题意。
故选C。
(2)[2]A． 应该将打点计时器接到交流电源上，故A错误，符合题意；
B． 应该先接通电源，后释放纸带，故B错误，符合题意；
C D． 在纸带上选取适当的数据点，并测量数据点间的距离，再根据测量结果计算重物下落过程中减少的重力势能及增加的动能，故CD正确，不符合题意。
故选AB。
(3)[3]从打下O点到打下B点的过程中，重物重力势能的减少量
[4] 打下B点时，根据匀变速直线运动规律，重物速度
从打下O点到打下B点的过程中，动能的增加量
（4）[5][6]由实验数据得到的结果应当是重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是因为重物和纸带克服摩擦力和空气阻力做功，有一部分重力势能转化成了内能。
（5）[7]若利用公式计算重物的速度vC，则相当于认为重物做的是自由落体运动即不受阻力作用，因此重物的机械能必然守恒，则必有
8． 左 0.49J 0.48J 在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒
【解析】
【详解】
（1）[1]与重物相连的一端先打点，由于开始速度小，点迹密集，所以纸带左端与重物相连。
（2）[2]在从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量为
[3]打B点时重物的速度为
则重物动能的增加量为
（3）[4]由于，所以实验的结论是在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒。
9． △Ek=△Ep 9.6
【解析】
【详解】
(1)[1]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，滑块通过B点的瞬时速度
(2)[2]系统动能的增加量
[3]系统重力势能的减小量
[4]比较和，若在实验误差允许的范围内相等，即=，即可认为机械能是守恒的在误差允许的范围内，若满足
(3)[5]根据系统机械能守恒的
则
图线的斜率
解得
g=9.6m/s2
10． （1）秒表 ， 刻度尺； （2）初速度为零， 2mm； （3）D， g；
【解析】
【详解】
(1)其中不必要的器材是：秒表，通过打点计时器打出的点可以计算时间．
缺少的是刻度尺，我们需要刻度尺测量计数点间的距离．
(2)用公式=mgh进行验证时，对纸带上起点的要求是初速度为零，所以所选纸带的第一、二两点间距应接近h= ，
(3)利用v2 h图线处理数据，如果mgh=，那么=gh，
知 h图线是过原点的倾斜直线，故选：D；图线的斜率为重力加速度g.
【点睛】
利用v2-h图线处理数据，如果mgh=，那么-h图线是过原点的倾斜直线，图线的斜率就等于g．
11． ②④ 滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]滑块沿光滑的斜面下滑过程机械能守恒，需要通过光电门测量通过滑块运动的速度
滑块下滑过程中机械能守恒，减少的重力势能转化为动能
整理化简得
所以测量滑块和遮光条得总质量不必要，②满足题目要求，测量、之间的距离不必要，④满足题目要求。
故选②④。
（2）[2]游标卡尺的读数为
[3]滑块通过光电门的速度
（3）[4]根据（1）问可知
在误差允许的范围内，满足该等式可认滑块下滑过程中机械能守恒。
（4）[5]滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差。
12． 重物质量
【解析】
【详解】
（1）[1]C点为AE间的平均时刻，根据平均时刻的瞬时速度等于平均速度可知
（2）[2]C点的动能为
重力势能的减小量为
由机械能守恒可知
（3）[3]设阻力大小为f，则由能量守恒定律可得
可见要测量阻力f，还需要测量的物理量是重物质量m．
【点睛】
本题难度较小，本实验中求解动能大小是根据中间时刻的瞬时速度等于平均速度求解的，在实验过程中由于有阻力作用，重力势能的减小量一般大于动能的增大量。
13． 2.91m/s 9.71m/s2 否
【解析】
【详解】
（1）计时器打C点时重物下落的速度；
（2）重物自由下落的加速度：；
（3）根据mgh=mv2得：，求解重力势能时，g应该取当地的重力加速度，不能取g测．
所以此方案是不可行的
14． C
【解析】
【详解】
(1)[1]根据匀变速直线运动的推论：某段时间内中间时刻的速度等于这段时间的平均速度，故A点速度为：
从A到E过程，重力势能减少量为
其动能增加量为
若机械能守恒则有：
化简得
(3)[3]在该实验中，由于摩擦力、空气阻力等阻力的存在，重锤减小的重力势能总是稍稍大于重锤动能的增加量；若重锤减小的重力势能比重锤动能的增加量大得多，就要考虑阻力太大的原因
A．验证机械能守恒的式子为：
与质量无关，故A错误；
B．若阻力作用很大，应出现重力势能的减小量比动能的增加量大得多，但不能验证机械能守恒定律成立，故B错误；
C．若两限位孔的不在同一条竖直线上，纸带和限位孔的阻力过大，会造成重力势能的减小量比动能的增加量大很多，故C正确；
D．若先释放纸带，后接通电源会出现计算动能增加量大于重力势能减少量，故D错误。
故选：C。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
一、多选题
1．在“用打点计时器验证重锤做自由落体运动的过程中机械能守恒”的实验中，以下说法正确的有（ ）
A．必须用天平称出物体的质量
B．重锤应该选质量大，体积小的金属材质，有利于减小误差
C．利用电磁打点计时器操作时，应先接通电源然后放开纸带
D．普通情况下做该实验时，由于阻力的影响，每次都得到mgh会略大于的，但在误差范围内还是可以证明重锤自由下落过程中机械能守恒
二、实验题
2．(1)在做“验证机械能守恒定律”的实验时，实验小组A不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了，剩下的一部分纸带上各点间的距离如图所示，已知打点计时器的周期为T，重力加速度为g，重锤的质量为m。
记录B点时，重锤的动能为，记录C点时，重锤的动能________；重锤从B点到C点重力势能变化量是________，动能变化量是________，若在误差范围内________（填“大于”“小于”或“等于”），则物体机械能守恒。
(2)在验证机械能守恒定律的实验中，自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少____________对实验的影响。
3．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DIS设计了一个实验，实验装置如图甲所示，图中A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A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H，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A、B间的距离H．则：
（1）小球经过光电门B时的速度vB表达式为_____；
（2）多次改变高度H，重复上述实验，作出-H的变化图象如图乙所示，当图线斜率
k=________时（用已知量g、d表示），可判断小球下落过程中机械能守恒；
（3）实验中发现动能增加量△Ek总是稍小于重力势能减少量△EP，增加下落高度后，△EP-△Ek将_______增加（选填“增加”、“减小”、“不变”）．
4．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度，测得所用的重物质量为1.00 kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带，如图所示，第一个点记作O，当打下O点时重物对应的速度为零，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为、、、，根据以上数据可知重物由O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）
5．某实验小组用如图1实验装置测重力加速度．两物体m1、m2悬挂在轻质定滑轮上，m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，可测出运动加速度．图2给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示．已知m1=50g、m2=150g，则（结果保留两位有效数字）
①在纸带上打下记数点5时的速度v=_____m/s；
②若某同学作出v2一h像如图3，则当地的重力加速度g=_____m/s2：
③此方法测量重力加速度总是_____（填“偏小”或“偏大”），请找出产生此误差的两条主要原因：
（1）
（2）_____．
6．用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律实验所用的电源为学生电源，输出电压有交流电和直流电两种重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．
下列几个操作步骤中：
A.按照图示，安装好实验装置；
B.将打点计时器接到电源的“交流输出”上；
C.用天平测出重锤的质量；
D.先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动，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锤下落过程中减少的重力势是否等于增加的动能．
没有必要的是______，操作错误的是______填步骤前相应的字母
使用质量为m的重锤和打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，在选定的纸带上依次取计数点如图2所示，纸带上所打的点记录了物体在不同时刻的位置，那么纸带的______端填“左”或“右”与重物相连设打点计时器的打点周期为T，且O为打下的第一个点当打点计时器打点“3”时，物体的动能表达式为______，若以重物的运动起点O为参考点，当打第点“3”时物体的机械能表达式为______．
7．在“验证机械能守恒定律”实验中，某同学采用让重物自由下落的方法验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。
（1）除图中给出的器材外，下面列出三种器材，完成实验不需要的是____。
A． 交流电源 B． 刻度尺 C． 天平
（2）实验过程中他进行了如下操作，其中操作不当的步骤是________。
A． 将打点计时器接到直流电源上
B． 先释放纸带，后接通电源
C． 在纸带上选取适当的数据点，并测量数据点间的距离
D． 根据测量结果计算重物下落过程中减少的重力势能及增加的动能
（3）图乙是正确操作后得到的一条纸带。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sA、sB、sC．已知重物质量为m，当地重力加速度为g，打点计时器的打点周期为T。从打下O点到打下B点的过程中，重物重力势能的减少量_______，动能的增加量________。
（4）由实验数据得到的结果应当是重力势能的减少量________动能的增加量（选填“大于”、“小于”或“等于”），原因是________。
（5）小红利用公式计算重物的速度vC，由此计算重物增加的动能，然后计算此过程中重物减小的重力势能，则结果应当是________。
A． > B． < C． =
8．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为，测得所用重物的质量为1.00kg。若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离如图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s），那么
（1）纸带的______（填“左”或“右”）端与重物相连。
（2）在从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量是______，此过程中重物动能的增加量是______。（结果均保留两位有效数字）
（3）实验的结论是______。
9．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m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，b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)滑块通过B点的瞬时速度可表示为__________；
(2)某次实验测得倾角θ=30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为△Ek=__________，系统的重力势能减少量可表示为△Ep=__________，在误差允许的范围内，若满足___________，则可认为系统的机械能守恒；
(3)在上述实验方法，某同学改变A、B间的距离，得到滑块到B点时对应的速度v，作出的v2-d图象如图2所示，并测得M=m，则重力加速度g=__________m/s2。
10．在验证机械能守恒定律的实验中采用重物自由下落的方法．
（1）某同学列举实验中用到的实验器材为：铁架台、打点计时器及复写纸片、纸带、秒表、低压交流电源、导线、重锤，其中不必要的是__________________________；缺少的是_________________________．
（2）用公式进行验证时，对纸带上起点的要求是______________________，为此目的，所选纸带的第一、二两点间距应接近__________________．
（3）如果以为纵轴，以为横轴，根据实验数据绘出的图线应是下图中的____________，其斜率等于__________________的数值．
A． B．
C． D．
11．为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置（包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计）进行实验。此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺。
（1）某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是___________；
①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字毫秒计；
②用天平测量滑块和遮光条的总质量m；
③用游标卡尺测量遮光条的宽度d；
④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l；
⑤调整好气垫导轨的倾斜状态；
⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间、；
⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度、；
⑧改变气垫导轨倾斜程度，重复步骤⑤⑥⑦，完成多次测量。
（2）用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则___________；某次实验中，测得，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度___________（保留3位有效数字）；
（3）在误差允许范围内，若___________（用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g），则认为滑块下滑过程中机械能守恒；
（4）写出两点产生误差的主要原因：___________。
12．在《验证机械能守恒定律》实验中，实验装置如图所示。
(1)根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为x0，点A、C间的距离为x1，点C、E间的距离为x2，交流电的周期为T，当地重力加速度为g，则根据这些条件计算打C点时的速度表达式为：vc=_________________(用x1 、x2和T表示)
(2)根据实验原理，只要验证表达式_____________________________（用g、x0、x1 、x2和T表示）成立，就验证了机械能守恒定律。
(3)完成实验中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，我们可以通过该实验装置测定该阻力的大小则还需要测量的物理量是____________（写出名称）
13．用图甲所示的装置来研究自由落体运动，得到的一条纸带如图图乙所示，O为打下的第一个点，相邻两计数点间的时间间隔为0.1s．测得O点到各计数点间的距离为：hOA=48.5mm，hOB=193.9mm，hOC=436.5mm，hOD=776.0mm.
（1）计时器打C点时重物下落的速度vC=__________m/s（保留三位有效数字）；
（2）重物自由下落的加速度g测=_________m/s2（保留三位有效数字）．
（3）某同学想利用测得的vC、g测的值，以及O、C间的距离h，判断g测h与 是否相等，来验证机械能是否守恒．你认为此方案是否可行？_______________．（选填“是”或“否”）
14．“落体法”是验证机械能守恒定律的主要方法之一（如图甲），某次操作得到了如图乙所示的纸带，已知打点周期为T、重锤的质量为m，依次测出了各计时点到第一个计时点O的距离如图中所示，请回答下列问题：
（1）打A点时重锤的速度表达式vA=_________．若已经计算出A点和E点的速度分别为vA、vE，并且选取A到E的过程进行机械能守恒定律的验证，则需要验证的关系式为______________________．
（2）如果某次实验时，发现重力势能的减小量比动能的增加量大很多，出现这种现象的原因可能是________（填序号）．
A．重物质量测量得不准确
B．因为阻力的作用，所以实验误差很大，但也能验证机械能守恒定律成立
C．打点计时器两个限位孔不在同一条竖直线上，导致摩擦力或阻力太大导致的
D．实验时出现了先放纸带，后接通电源这样的错误操作导致的
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．BCD
【解析】
【详解】
A．要验证的关系式是mgh=mv2，两边消掉m，则实验中没必要用天平称出物体的质量，选项A错误；
B．重锤应该选质量大，体积小的金属材质，可减小空气的阻力，从而有利于减小误差，选项B正确；
C．利用电磁打点计时器操作时，应先接通电源然后放开纸带，选项C正确；
D．普通情况下做该实验时，由于阻力的影响，每次都得到mgh会略大于的，但在误差范围内还是可以证明重锤自由下落过程中机械能守恒，选项D正确。
故选BCD。
2． 等于 空气阻力和打点计时器对纸带的阻力
【解析】
【详解】
(1)[1]记录C点时，重锤的动能
[2]重锤从B点到C点重力势能变化量是
[3]动能变化量是
[4]若在误差范围内等于，则物体机械能守恒。
(2)[5]在验证机械能守恒定律的实验中，自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少空气阻力和打点计时器对纸带的阻力对实验的影响。
3． d/t 增加
【解析】
【详解】
【分析】由题意可知，本实验采用光电门利用平均速度法求解落地时的速度；则根据机械能守恒定律可知，当减小的机械能应等于增大的动能；由原理即可明确注意事项及数据的处理等内容；
解：(1)已知经过光电门时的时间小球的直径；则可以由平均速度表示经过光电门时的速度，故；
(2)若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有：；
即，解得：，结合图象，则有：；
(3)由于该过程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多；故增加下落高度后，,则将增加；
4． 7.62 7.57
【解析】
【分析】
【详解】
[1]重物由O点运动到C点重力势能减小量
1.009.80.7776J=7.62J
[2]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，因此重物运动到C点时的速度，等于B到D的平均速度，则有
重物动能的增加量
5． 2.4 9.6 偏小 滑轮有质量、纸带有摩擦力
【解析】
【详解】
解：①据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，可知打第5个点时的速度为：
v5===2.4m/s
②两个物体构成的系统机械能守恒，根据机械能守恒定律，有：
（m2﹣m1）gh=（m1+m2）v2
即：v2=gh=gh=gh
故v2一h图象的斜率表示重力加速度，为：
g==9.6m/s2
③由上可知，因存在纸带的阻力，摩擦阻力等因素，
则减小的重力势能没有完全转化为动能的增加，
因此通过此方法测量的重力加速度会偏小，
故答案为
①2.4，
②9.6，
③偏小；滑轮有质量、纸带有摩擦力、滑轮有摩擦力、空气阻力等任写两条即可．
【点评】
本题关键是根据机械能守恒定律推导出v2一h图象的表达式进行分析，注意图象的斜率含义．
6． C D 左
【解析】
【详解】
（1）验证机械能守恒定律验证的是：，等号两边的质量可以约去，所以不需要质量，故C项没必要；在实验室应该先接通电源，再释放纸带，故选项D错误．
（2）因为是自由落体运动，下落的距离应该是越来越大，所以纸带最左端与重锤相连．根据推论中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度可得打点“3”时的瞬时速度为：，重锤动能的表达式为：，以O为参考点，当打第点“3”时物体的重力势能为，因此物体的机械能为
7． C AB mgsB 大于 重物和纸带克服摩擦力和空气阻力做功，有一部分重力势能转化成了内能 C
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]A．需要使用交流电源给打点计时器供电，故A不符合题意；
B．需要使用刻度尺测量点迹间的距离，故B不符合题意；
C．验证机械能守恒定律时，质量可以消去，不需要测量质量，故C符合题意。
故选C。
(2)[2]A． 应该将打点计时器接到交流电源上，故A错误，符合题意；
B． 应该先接通电源，后释放纸带，故B错误，符合题意；
C D． 在纸带上选取适当的数据点，并测量数据点间的距离，再根据测量结果计算重物下落过程中减少的重力势能及增加的动能，故CD正确，不符合题意。
故选AB。
(3)[3]从打下O点到打下B点的过程中，重物重力势能的减少量
[4] 打下B点时，根据匀变速直线运动规律，重物速度
从打下O点到打下B点的过程中，动能的增加量
（4）[5][6]由实验数据得到的结果应当是重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是因为重物和纸带克服摩擦力和空气阻力做功，有一部分重力势能转化成了内能。
（5）[7]若利用公式计算重物的速度vC，则相当于认为重物做的是自由落体运动即不受阻力作用，因此重物的机械能必然守恒，则必有
8． 左 0.49J 0.48J 在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒
【解析】
【详解】
（1）[1]与重物相连的一端先打点，由于开始速度小，点迹密集，所以纸带左端与重物相连。
（2）[2]在从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量为
[3]打B点时重物的速度为
则重物动能的增加量为
（3）[4]由于，所以实验的结论是在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒。
9． △Ek=△Ep 9.6
【解析】
【详解】
(1)[1]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，滑块通过B点的瞬时速度
(2)[2]系统动能的增加量
[3]系统重力势能的减小量
[4]比较和，若在实验误差允许的范围内相等，即=，即可认为机械能是守恒的在误差允许的范围内，若满足
(3)[5]根据系统机械能守恒的
则
图线的斜率
解得
g=9.6m/s2
10． （1）秒表 ， 刻度尺； （2）初速度为零， 2mm； （3）D， g；
【解析】
【详解】
(1)其中不必要的器材是：秒表，通过打点计时器打出的点可以计算时间．
缺少的是刻度尺，我们需要刻度尺测量计数点间的距离．
(2)用公式=mgh进行验证时，对纸带上起点的要求是初速度为零，所以所选纸带的第一、二两点间距应接近h= ，
(3)利用v2 h图线处理数据，如果mgh=，那么=gh，
知 h图线是过原点的倾斜直线，故选：D；图线的斜率为重力加速度g.
【点睛】
利用v2-h图线处理数据，如果mgh=，那么-h图线是过原点的倾斜直线，图线的斜率就等于g．
11． ②④ 滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]滑块沿光滑的斜面下滑过程机械能守恒，需要通过光电门测量通过滑块运动的速度
滑块下滑过程中机械能守恒，减少的重力势能转化为动能
整理化简得
所以测量滑块和遮光条得总质量不必要，②满足题目要求，测量、之间的距离不必要，④满足题目要求。
故选②④。
（2）[2]游标卡尺的读数为
[3]滑块通过光电门的速度
（3）[4]根据（1）问可知
在误差允许的范围内，满足该等式可认滑块下滑过程中机械能守恒。
（4）[5]滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差。
12． 重物质量
【解析】
【详解】
（1）[1]C点为AE间的平均时刻，根据平均时刻的瞬时速度等于平均速度可知
（2）[2]C点的动能为
重力势能的减小量为
由机械能守恒可知
（3）[3]设阻力大小为f，则由能量守恒定律可得
可见要测量阻力f，还需要测量的物理量是重物质量m．
【点睛】
本题难度较小，本实验中求解动能大小是根据中间时刻的瞬时速度等于平均速度求解的，在实验过程中由于有阻力作用，重力势能的减小量一般大于动能的增大量。
13． 2.91m/s 9.71m/s2 否
【解析】
【详解】
（1）计时器打C点时重物下落的速度；
（2）重物自由下落的加速度：；
（3）根据mgh=mv2得：，求解重力势能时，g应该取当地的重力加速度，不能取g测．
所以此方案是不可行的
14． C
【解析】
【详解】
(1)[1]根据匀变速直线运动的推论：某段时间内中间时刻的速度等于这段时间的平均速度，故A点速度为：
从A到E过程，重力势能减少量为
其动能增加量为
若机械能守恒则有：
化简得
(3)[3]在该实验中，由于摩擦力、空气阻力等阻力的存在，重锤减小的重力势能总是稍稍大于重锤动能的增加量；若重锤减小的重力势能比重锤动能的增加量大得多，就要考虑阻力太大的原因
A．验证机械能守恒的式子为：
与质量无关，故A错误；
B．若阻力作用很大，应出现重力势能的减小量比动能的增加量大得多，但不能验证机械能守恒定律成立，故B错误；
C．若两限位孔的不在同一条竖直线上，纸带和限位孔的阻力过大，会造成重力势能的减小量比动能的增加量大很多，故C正确；
D．若先释放纸带，后接通电源会出现计算动能增加量大于重力势能减少量，故D错误。
故选：C。
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