8.5实验：验证机械能守恒定律 学案 （有答案）
文档属性
| 名称 | 8.5实验：验证机械能守恒定律 学案 （有答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-12-13 16:05:34 | ||
图片预览
文档简介
中小学教育资源及组卷应用平台
8.5实验：验证机械能守恒定律
一学科核心素养
物理观念：通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧并构建能量观念。
科学思维：通过学生自主学习，培养学生设计实验、采集数据，处理数据厦实验误差分析的能力。
科学探究：通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法。
科学态度与责任：通过实验及误差分析，培养学生实事求是的科学态度，激发学生对物理规律的探知欲。
二学习重难点
【重点】
1.验证机械能守恒定律的实验原理.
2.实验原理及方法的选择及掌握。
【难点】
验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。
三课前预习
1．一、实验思路
机械能守恒的前提是“只有_____________做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。本节实验我们以只有重力做功的过程进行研究。
二、物理量的测量及数据分析
只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化。
（1）要验证的表达式：或＝_____________。
（2）所需测量的物理量：物体所处两位置之间的_____________，及物体的_____________。
三、参考案例
案例1 研究自由下落物体的机械能
实验器材
铁架台（带铁夹）、_____________、重物（带夹子）、________、复写纸（或墨粉盘）、导线、毫米刻度尺、交流电源。
2.实验步骤
（1）安装装置：按图1甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。
（2）打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到3~5条打好点的纸带。
（3）选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置之间的距离Δh及两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。
3.数据处理
（1）计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式，计算出某一点的瞬时速度vn。
（2）验证方法
方法一：利用起始点和第n点。
选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内mghn＝，则机械能守恒定律得到验证。
方法二：任取两点A、B。
如果在实验误差允许范围内，则机械守恒定律得到验证。
方法三：图像法（如所示）。
若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律得到验证。
4.误差分析
本实验的误差主要是纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。
5.注意事项
（1）安装打点计时器时，要使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
（2）应选用质量和密度较大的重物。
（3）实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。
（4）本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。
（5）速度不能用v＝gt或v＝计算，应根据纸带上测得的数据，利用计算瞬时速度。
案例2 研究沿斜面下滑物体的机械能
1.实验器材
气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。
2.实验步骤
如图3所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。
测量两光电门之间高度差Δh和滑块通过两个光电门时的速度v1、v2，代入表达式验证。
3.物理量的测量及数据处理
（1）测量两光电门之间的高度差Δh；
（2）根据滑块经过两光电门时遮光条的遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。
若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝，v2＝；
（3）若在实验误差允许范围内满足mgΔh＝－，则验证了机械能守恒定律。
4.误差分析
两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小。
2．如图(a)中，悬点正下方P点处放有水平放置炽热的电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动．在地面上放上白纸，上面覆盖着复写纸，当小球落在复写纸上时，会在下面白纸上留下痕迹．用重锤线确定出A、B点的投影点N、M.重复实验10次(小球每一次都从同一点由静止释放)球的落点痕迹如图(b)所示，图中米尺水平放置，零刻度线与M点对齐．用米尺量出AN的高度h1、BM的高度h2，算出A、B两点的竖直距离，再量出M、C之间的距离x，即可验证机械能守恒定律，已知重力加速度为g，小球的质量为m.
(1)根据图(b)可以确定小球平抛时的水平射程为________ cm.
(2)用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0＝________．
(3)用测出的物理量表示出小球从A到B过程中，重力势能的减少量ΔEp＝________，动能的增加量ΔEk＝________．
3．某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图（a）所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．
（1）实验中涉及到下列操作步骤：
①把纸带向左拉直
②松手释放物块
③接通打点计时器电源
④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量
上述步骤正确的操作顺序是__（填入代表步骤的序号）．
（2）图（b）中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50Hz．由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为__m/s．比较两纸带可知，__（填“M”或“L”）纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．
4．某实验小组的学生们为探究“机械能守恒定律”设计了如图所示的实验装置：用一个电磁铁吸住一个质量为m，直径为d的小铁球；当将电磁铁断电后，小铁球由静止开始向下加速运动；小铁球经过光电门时，计时装置将记录其通过光电门的时间t。小铁球由静止开始下降至光电门时的高度h，当地的重力加速度为g，那么
(1)小铁球通过光电门的速度v=_______（用d、t表示）；
(2)验证此过程小铁球机械能守恒定律的表达式_____________；
(3)考虑小铁球在运动过程中受到阻力的因素，其重力势能减少量____动能的增加量（选填 “大于”，“等于”或“小于”）
5．某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。
（1）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平。
（2）如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d=___________cm，实验时将滑块从图示位置静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间，则滑块经过光电门时的瞬时速度为___________m/s；在实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、___________和___________（文字说明并用相应的字母表示）。
（3）本实验通过比较___________和___________在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒。
6．用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。实验中需测量重物下落的瞬时速度。在重物拖动的纸带上选择三个连续的点，它们之间的距离如图2所示，已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计时器在打下B点时重物的速度大小为____________m/s（保留两位有效数字）。
多次实验后发现，重物减小的重力势能总是稍大于增加的动能，分析产生这种误差的原因：___________________
四自我检测
1．用自由落体法“验证机械能守恒定律”，就是看是否等于（为计数点的编号0、1、2…）。下列说法中正确的是（ ）
A．是计数点到点1的距离
B．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零
C．必须测量重物的质量
D．可以用计算，其中（为打点周期）
2．如图所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮。质量分别为M、m（M>m）的滑块A、B，通过跨过定滑轮的不可伸长的轻绳连接，轻绳与斜面平行。两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动。若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中（ ）
A．两滑块组成的系统机械能守恒
B．重力对A做的功等于A动能的增加量
C．轻绳对B做的功等于B势能的增加量
D．两滑块组成系统的机械能损失量等于A克服摩擦力做的功
3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力。关于实验结果，下列说法正确的是（ ）
A．减少的重力势能大于增加的动能
B．减少的重力势能小于增加的动能
C．减少的重力势能等于增加的动能
D．以上都有可能
4．如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为的滑块（含遮光条）和质量为的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮光条的宽度为，先后通过A、B光电门的时间分别为、，光电门A、B之间的距离为。滑块运动通过光电门B时，钩码未落地。（重力加速度为）
下列情况下可能增大实验误差的是___________。
A．滑块在光电门右侧释放时有微小的初速度
B．滑块质量和钩码质量不满足
C．遮光条宽度较小
D．两光电门间距过小
5．小华同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律。下列说法正确的是（ ）
A．电火花计时器应连接交流电源，工作电压约为8V
B．实验中应手提纸带上端，先释放纸带再启动电火花计时器
C．打出的纸带前面一小段被损毁，用剩余部分也能验证机械能守恒定律
D．实验中所测重物的动能增加量通常比其重力势能的减少量稍大
6．利用图示装置可以做力学中的许多实验。以下说法正确的一项是（ ）
A．利用此装置可做“研究匀变速直线运动”的实验，但必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力的影响
B．利用此装置可做“验证机械能守恒定律”的实验，在平衡小车受到的摩擦力后，小车机械能就守恒了
C．利用此装置可“探究加速度a与质量m的关系”，在用图像法处理数据时，如果画出的a—m关系图像不是直线，就可确定加速度与质量成反比
D．利用此装置做“探究动能定理”实验时，应将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面的分力补偿小车运动中所受阻力的影响
7．图示为“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验装置，关于这一实验，下列说法正确的是（ ）
A．实验中必须使用秒表测出重物下落的时间
B．实验中必须用天平测出重物的质量
C．实验中应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，以减小纸带与限位孔之间的摩擦
D．在实际测量中，重物减少的重力势能通常会略小于增加的动能
8．《验证机械能守恒定律》的实验中，对自由下落的重物，选择哪一个较好（ ）
A．只要有足够重就可以
B．只要体积足够小就可以
C．应该密度大些，同时较重，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲
9．如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置，下列说法正确的是（ ）
A．释放纸带时，重锤应尽量远离打点计时器
B．可以利用公式计算重物的速度
C．由于阻力，重锤重力势能的减少量大于动能的增加量
D．交流电源的实际频率若小于，算得的动能偏小
10．小明同学用如图装置“验证机械能守恒定律”的实验时，分析得出的实验结果是重锤重力势能的减少量小于动能的增加量。下列对造成该实验结果的原因分析正确的是（ ）
A．选用重锤的质量过大
B．交流电源的实际频率小于
C．利用公式来计算重物的速度
D．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
参考答案：
三课前预习
1． 重力、系统内弹力 高度差 运动速度 打点计时器 纸带
【详解】[1]机械能守恒的前提是“只有重力、系统内弹力做功”；
[2][3][4]要验证的表达式为
所需测量的物理量：物体所处两位置之间的高度差，及物体的运动速度。
[5][6]还需要的实验器材为打点计时器、纸带。
2． 65.0cm
【详解】（1）根据刻度尺的读数原则，可知其读数为：65.0cm．
（2）物体从B点平抛，所以有：x=v0t
h2=gt2
联立解得：v0=x
（3）重力势能的减小量等于重力做功：△Ep=mgh=mg（h1-h2）
动能增量为：△EK=mv02=．
3． ④①③② 1.29 M
【详解】（1）实验中应先向物块推到最左侧，测量压缩量，再把纸带向左拉直；先接通电源，稳定后再释放纸带；故步骤为④①③②；
（2）由M纸带可知，右侧应为与物块相连的位置；由图可知，两点间的距离先增大后减小；故2.58段时物体应脱离弹簧；则由平均速度可求得，其速度v==1.29m/s；
因弹簧的弹性势能转化为物体的动能，则可知离开时速度越大，则弹簧的弹性势能越大；由图可知，M中的速度要大于L中速度；故说明M纸带对应的弹性势能大；
4． 大于
【详解】（1）根据速度公式可得小铁球通过光电门的速度
（2）实验根据小铁球的重力势能转化为小铁球的动能来探究机械能守恒，即 由（1）知 ，所以小铁球机械能守恒定律的表达式为
（3）根据能量守恒：重力势能转化为动能的同时，还克服空气阻力做功，所以其重力势能减少量大于动能的增加量
5． 0.48 0.4 滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s 滑块的质量M
【详解】主尺：4mm，游标尺：对齐的是8，所以读数为：
故遮光条宽度
设遮光条前进了s，钩码的重力势能减少了mgs，系统动能增加了
所以我们可以通过比较mgs和的大小来验证机械守能守恒定律。
需要测量的物理量有：滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，滑块的质量M。
6． 3.69m/s 空气阻力、纸带摩擦等导致能量损失
【详解】[1] B点的瞬时速度等于点A到点C过程的平均速度
[2]空气阻力、纸带摩擦等导致能量损失
四自我检测
1．B
【详解】A．物体重力势能的减少量应为
题目中看mghn，即将h1看成起点即零势能面，故hn为点n到0的距离，A错误；
B．物体动能的增加量应为
题目中看是否等于mghn，即将看成零来对待，故打初始0点时，物体速度为0，B正确；
C．式子是否等于mghn中m可以消掉，故不需测量重物的质量，C错误；
D．计算vn不能用
否则已经默认机械能守恒了，但由于起点为速度为零的点即运动的起始点，故时间
D错误。
故选B。
2．D
【详解】A．由于粗糙斜面ab的存在，滑块A沿斜面向下运动的过程中，与斜面之间有摩擦，损耗一部分机械能，所以两滑块组成的系统机械能不守恒，故A错误；
B．由动能定理可知，A所受的重力、拉力、摩擦力做的总功等于A动能的增加量，故B错误；
C．轻绳对B做的功等于B机械能的增加量，即等于B势能增加量与动能增加量之和，故C错误；
D．对于两滑块组成的系统，除重力以外的力做功，将导致机械能变化，摩擦力做负功，造成机械能损失，根据能量守恒定律，两滑块组成的系统的机械能损失量等于A克服摩擦力做的功，故D正确。
故选D。
3．A
【详解】由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，则重物减小的重力势能一部分转化为重物的动能，另一部分要克服阻力做功，即减少的重力势能大于增加的动能。
故选A。
4．D
【详解】A．实验是验证滑块经过A、B光电门时滑块和钩码总的动能增加量是否等于钩码重力势能的减少量，滑块在光电门右侧释放时有微小的初速度对实验误差不会产生影响，故A错误；
B．滑块质量和钩码质量是否满足，对该实验没有影响，不会增大实验误差，故B错误；
C．遮光条宽度较小，经过光电门的时间变小，经过光电门时的平均速度越接近瞬时速度，有利于减小实验误差，故C错误；
D．两光电门间距过小，在测量两个光电门之间的距离时测量误差会增大，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】A．电火花计时器应接220V的交流电源，故A错误；
B．如果先放开纸带开始运动，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；同时先打点，再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸带利用率，可以使纸带上打满点，故B错误；
C．前面的纸带损毁，利用后面纸带的从个相距较远的两点也能验证机械能守恒律：利用匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，可分别求出打下这两点的速度，进而可求出动能的增加量，量出两点的距离后，可以求出重力势能的减小量，然后两者对比，即可验证机械能守恒定律，故C正确；
D．重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能有部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量略大于动能的增加量，故D错误。
故选C。
6．D
【详解】A．利用此实验装置研究匀变速直线运动不需要平衡摩擦力，故A错误；
B．小车所受摩擦阻力做功，小车的机械能不守恒，故B错误；
C．画出的a—m关系图像应为反比例函数图像，不是直线不能说明就是反比例，故C错误；
D．“探究动能定理”实验时，应先平衡摩擦力，使小车做匀速直线运动，即合外力为零，加钩码后，小车所受拉力为合外力，故D正确。
故选D。
7．C
【详解】A．我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故A错误；
B．根据，可知两边质量可以约掉，不需要测量重物的质量m，故B错误；
C．实验中应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，以减小纸带与限位孔之间的摩擦，故C正确；
D．在实际测量中，由于各种阻力的存在，重物减少的重力势能通常会略大于增加的动能，故D错误。
故选C。
8．C
【详解】验证机械能守恒定律的实验中，重物应选择密度大、体积小的较重物体，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲，以减小空气阻力和摩擦阻力对实验的影响，C正确，AB错误。
故选C。
9．C
【详解】A．为了充分利用纸带，减少实验误差，释放纸带时，重锤应尽量靠近打点计时器，故A错误；
B．求解各点的速度，运用某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解，不能根据v=gt计算重物的速度，因为重物下落过程受到一定的阻力作用，使得重物的实际加速度小于g，故B错误；
C．由于阻力，重锤重力势能的减少量大于动能的增加量，故C正确；
D．交流电频率小于50Hz时，会导致速度测量值偏大，导致算得的动能偏大，故D错误。
故选C。
10．B
【详解】A．验证机械能守恒，即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，选择质量较大的重锤，不会使得重力势能的减小量小于动能的增加量，故A错误；
B．交流电源的频率小于50Hz，则测出的速度大小大于真实值，会导致测得的动能增加量偏大，得到重力势能的减小量小于动能的增加量的实验结果，故B正确；
C．若利用公式来计算重物的速度，就是认为下落的加速度为重力加速度，这样处理得到的动能增加量一定等于重力势能的减少量，故C错误；
D．空气对重锤阻力和打点计时器对纸带的阻力，会导致重力势能部分转化为内能，则重力势能的减小量会略大于动能的增加量，故D错误。
故选B。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)
8.5实验：验证机械能守恒定律
一学科核心素养
物理观念：通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧并构建能量观念。
科学思维：通过学生自主学习，培养学生设计实验、采集数据，处理数据厦实验误差分析的能力。
科学探究：通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法。
科学态度与责任：通过实验及误差分析，培养学生实事求是的科学态度，激发学生对物理规律的探知欲。
二学习重难点
【重点】
1.验证机械能守恒定律的实验原理.
2.实验原理及方法的选择及掌握。
【难点】
验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。
三课前预习
1．一、实验思路
机械能守恒的前提是“只有_____________做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。本节实验我们以只有重力做功的过程进行研究。
二、物理量的测量及数据分析
只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化。
（1）要验证的表达式：或＝_____________。
（2）所需测量的物理量：物体所处两位置之间的_____________，及物体的_____________。
三、参考案例
案例1 研究自由下落物体的机械能
实验器材
铁架台（带铁夹）、_____________、重物（带夹子）、________、复写纸（或墨粉盘）、导线、毫米刻度尺、交流电源。
2.实验步骤
（1）安装装置：按图1甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。
（2）打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到3~5条打好点的纸带。
（3）选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置之间的距离Δh及两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。
3.数据处理
（1）计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式，计算出某一点的瞬时速度vn。
（2）验证方法
方法一：利用起始点和第n点。
选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内mghn＝，则机械能守恒定律得到验证。
方法二：任取两点A、B。
如果在实验误差允许范围内，则机械守恒定律得到验证。
方法三：图像法（如所示）。
若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律得到验证。
4.误差分析
本实验的误差主要是纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。
5.注意事项
（1）安装打点计时器时，要使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
（2）应选用质量和密度较大的重物。
（3）实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。
（4）本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。
（5）速度不能用v＝gt或v＝计算，应根据纸带上测得的数据，利用计算瞬时速度。
案例2 研究沿斜面下滑物体的机械能
1.实验器材
气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。
2.实验步骤
如图3所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。
测量两光电门之间高度差Δh和滑块通过两个光电门时的速度v1、v2，代入表达式验证。
3.物理量的测量及数据处理
（1）测量两光电门之间的高度差Δh；
（2）根据滑块经过两光电门时遮光条的遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。
若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝，v2＝；
（3）若在实验误差允许范围内满足mgΔh＝－，则验证了机械能守恒定律。
4.误差分析
两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小。
2．如图(a)中，悬点正下方P点处放有水平放置炽热的电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动．在地面上放上白纸，上面覆盖着复写纸，当小球落在复写纸上时，会在下面白纸上留下痕迹．用重锤线确定出A、B点的投影点N、M.重复实验10次(小球每一次都从同一点由静止释放)球的落点痕迹如图(b)所示，图中米尺水平放置，零刻度线与M点对齐．用米尺量出AN的高度h1、BM的高度h2，算出A、B两点的竖直距离，再量出M、C之间的距离x，即可验证机械能守恒定律，已知重力加速度为g，小球的质量为m.
(1)根据图(b)可以确定小球平抛时的水平射程为________ cm.
(2)用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0＝________．
(3)用测出的物理量表示出小球从A到B过程中，重力势能的减少量ΔEp＝________，动能的增加量ΔEk＝________．
3．某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图（a）所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．
（1）实验中涉及到下列操作步骤：
①把纸带向左拉直
②松手释放物块
③接通打点计时器电源
④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量
上述步骤正确的操作顺序是__（填入代表步骤的序号）．
（2）图（b）中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50Hz．由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为__m/s．比较两纸带可知，__（填“M”或“L”）纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．
4．某实验小组的学生们为探究“机械能守恒定律”设计了如图所示的实验装置：用一个电磁铁吸住一个质量为m，直径为d的小铁球；当将电磁铁断电后，小铁球由静止开始向下加速运动；小铁球经过光电门时，计时装置将记录其通过光电门的时间t。小铁球由静止开始下降至光电门时的高度h，当地的重力加速度为g，那么
(1)小铁球通过光电门的速度v=_______（用d、t表示）；
(2)验证此过程小铁球机械能守恒定律的表达式_____________；
(3)考虑小铁球在运动过程中受到阻力的因素，其重力势能减少量____动能的增加量（选填 “大于”，“等于”或“小于”）
5．某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。
（1）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平。
（2）如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d=___________cm，实验时将滑块从图示位置静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间，则滑块经过光电门时的瞬时速度为___________m/s；在实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、___________和___________（文字说明并用相应的字母表示）。
（3）本实验通过比较___________和___________在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒。
6．用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。实验中需测量重物下落的瞬时速度。在重物拖动的纸带上选择三个连续的点，它们之间的距离如图2所示，已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计时器在打下B点时重物的速度大小为____________m/s（保留两位有效数字）。
多次实验后发现，重物减小的重力势能总是稍大于增加的动能，分析产生这种误差的原因：___________________
四自我检测
1．用自由落体法“验证机械能守恒定律”，就是看是否等于（为计数点的编号0、1、2…）。下列说法中正确的是（ ）
A．是计数点到点1的距离
B．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零
C．必须测量重物的质量
D．可以用计算，其中（为打点周期）
2．如图所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮。质量分别为M、m（M>m）的滑块A、B，通过跨过定滑轮的不可伸长的轻绳连接，轻绳与斜面平行。两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动。若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中（ ）
A．两滑块组成的系统机械能守恒
B．重力对A做的功等于A动能的增加量
C．轻绳对B做的功等于B势能的增加量
D．两滑块组成系统的机械能损失量等于A克服摩擦力做的功
3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力。关于实验结果，下列说法正确的是（ ）
A．减少的重力势能大于增加的动能
B．减少的重力势能小于增加的动能
C．减少的重力势能等于增加的动能
D．以上都有可能
4．如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为的滑块（含遮光条）和质量为的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮光条的宽度为，先后通过A、B光电门的时间分别为、，光电门A、B之间的距离为。滑块运动通过光电门B时，钩码未落地。（重力加速度为）
下列情况下可能增大实验误差的是___________。
A．滑块在光电门右侧释放时有微小的初速度
B．滑块质量和钩码质量不满足
C．遮光条宽度较小
D．两光电门间距过小
5．小华同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律。下列说法正确的是（ ）
A．电火花计时器应连接交流电源，工作电压约为8V
B．实验中应手提纸带上端，先释放纸带再启动电火花计时器
C．打出的纸带前面一小段被损毁，用剩余部分也能验证机械能守恒定律
D．实验中所测重物的动能增加量通常比其重力势能的减少量稍大
6．利用图示装置可以做力学中的许多实验。以下说法正确的一项是（ ）
A．利用此装置可做“研究匀变速直线运动”的实验，但必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力的影响
B．利用此装置可做“验证机械能守恒定律”的实验，在平衡小车受到的摩擦力后，小车机械能就守恒了
C．利用此装置可“探究加速度a与质量m的关系”，在用图像法处理数据时，如果画出的a—m关系图像不是直线，就可确定加速度与质量成反比
D．利用此装置做“探究动能定理”实验时，应将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面的分力补偿小车运动中所受阻力的影响
7．图示为“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验装置，关于这一实验，下列说法正确的是（ ）
A．实验中必须使用秒表测出重物下落的时间
B．实验中必须用天平测出重物的质量
C．实验中应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，以减小纸带与限位孔之间的摩擦
D．在实际测量中，重物减少的重力势能通常会略小于增加的动能
8．《验证机械能守恒定律》的实验中，对自由下落的重物，选择哪一个较好（ ）
A．只要有足够重就可以
B．只要体积足够小就可以
C．应该密度大些，同时较重，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲
9．如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置，下列说法正确的是（ ）
A．释放纸带时，重锤应尽量远离打点计时器
B．可以利用公式计算重物的速度
C．由于阻力，重锤重力势能的减少量大于动能的增加量
D．交流电源的实际频率若小于，算得的动能偏小
10．小明同学用如图装置“验证机械能守恒定律”的实验时，分析得出的实验结果是重锤重力势能的减少量小于动能的增加量。下列对造成该实验结果的原因分析正确的是（ ）
A．选用重锤的质量过大
B．交流电源的实际频率小于
C．利用公式来计算重物的速度
D．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
参考答案：
三课前预习
1． 重力、系统内弹力 高度差 运动速度 打点计时器 纸带
【详解】[1]机械能守恒的前提是“只有重力、系统内弹力做功”；
[2][3][4]要验证的表达式为
所需测量的物理量：物体所处两位置之间的高度差，及物体的运动速度。
[5][6]还需要的实验器材为打点计时器、纸带。
2． 65.0cm
【详解】（1）根据刻度尺的读数原则，可知其读数为：65.0cm．
（2）物体从B点平抛，所以有：x=v0t
h2=gt2
联立解得：v0=x
（3）重力势能的减小量等于重力做功：△Ep=mgh=mg（h1-h2）
动能增量为：△EK=mv02=．
3． ④①③② 1.29 M
【详解】（1）实验中应先向物块推到最左侧，测量压缩量，再把纸带向左拉直；先接通电源，稳定后再释放纸带；故步骤为④①③②；
（2）由M纸带可知，右侧应为与物块相连的位置；由图可知，两点间的距离先增大后减小；故2.58段时物体应脱离弹簧；则由平均速度可求得，其速度v==1.29m/s；
因弹簧的弹性势能转化为物体的动能，则可知离开时速度越大，则弹簧的弹性势能越大；由图可知，M中的速度要大于L中速度；故说明M纸带对应的弹性势能大；
4． 大于
【详解】（1）根据速度公式可得小铁球通过光电门的速度
（2）实验根据小铁球的重力势能转化为小铁球的动能来探究机械能守恒，即 由（1）知 ，所以小铁球机械能守恒定律的表达式为
（3）根据能量守恒：重力势能转化为动能的同时，还克服空气阻力做功，所以其重力势能减少量大于动能的增加量
5． 0.48 0.4 滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s 滑块的质量M
【详解】主尺：4mm，游标尺：对齐的是8，所以读数为：
故遮光条宽度
设遮光条前进了s，钩码的重力势能减少了mgs，系统动能增加了
所以我们可以通过比较mgs和的大小来验证机械守能守恒定律。
需要测量的物理量有：滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，滑块的质量M。
6． 3.69m/s 空气阻力、纸带摩擦等导致能量损失
【详解】[1] B点的瞬时速度等于点A到点C过程的平均速度
[2]空气阻力、纸带摩擦等导致能量损失
四自我检测
1．B
【详解】A．物体重力势能的减少量应为
题目中看mghn，即将h1看成起点即零势能面，故hn为点n到0的距离，A错误；
B．物体动能的增加量应为
题目中看是否等于mghn，即将看成零来对待，故打初始0点时，物体速度为0，B正确；
C．式子是否等于mghn中m可以消掉，故不需测量重物的质量，C错误；
D．计算vn不能用
否则已经默认机械能守恒了，但由于起点为速度为零的点即运动的起始点，故时间
D错误。
故选B。
2．D
【详解】A．由于粗糙斜面ab的存在，滑块A沿斜面向下运动的过程中，与斜面之间有摩擦，损耗一部分机械能，所以两滑块组成的系统机械能不守恒，故A错误；
B．由动能定理可知，A所受的重力、拉力、摩擦力做的总功等于A动能的增加量，故B错误；
C．轻绳对B做的功等于B机械能的增加量，即等于B势能增加量与动能增加量之和，故C错误；
D．对于两滑块组成的系统，除重力以外的力做功，将导致机械能变化，摩擦力做负功，造成机械能损失，根据能量守恒定律，两滑块组成的系统的机械能损失量等于A克服摩擦力做的功，故D正确。
故选D。
3．A
【详解】由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，则重物减小的重力势能一部分转化为重物的动能，另一部分要克服阻力做功，即减少的重力势能大于增加的动能。
故选A。
4．D
【详解】A．实验是验证滑块经过A、B光电门时滑块和钩码总的动能增加量是否等于钩码重力势能的减少量，滑块在光电门右侧释放时有微小的初速度对实验误差不会产生影响，故A错误；
B．滑块质量和钩码质量是否满足，对该实验没有影响，不会增大实验误差，故B错误；
C．遮光条宽度较小，经过光电门的时间变小，经过光电门时的平均速度越接近瞬时速度，有利于减小实验误差，故C错误；
D．两光电门间距过小，在测量两个光电门之间的距离时测量误差会增大，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】A．电火花计时器应接220V的交流电源，故A错误；
B．如果先放开纸带开始运动，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；同时先打点，再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸带利用率，可以使纸带上打满点，故B错误；
C．前面的纸带损毁，利用后面纸带的从个相距较远的两点也能验证机械能守恒律：利用匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，可分别求出打下这两点的速度，进而可求出动能的增加量，量出两点的距离后，可以求出重力势能的减小量，然后两者对比，即可验证机械能守恒定律，故C正确；
D．重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能有部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量略大于动能的增加量，故D错误。
故选C。
6．D
【详解】A．利用此实验装置研究匀变速直线运动不需要平衡摩擦力，故A错误；
B．小车所受摩擦阻力做功，小车的机械能不守恒，故B错误；
C．画出的a—m关系图像应为反比例函数图像，不是直线不能说明就是反比例，故C错误；
D．“探究动能定理”实验时，应先平衡摩擦力，使小车做匀速直线运动，即合外力为零，加钩码后，小车所受拉力为合外力，故D正确。
故选D。
7．C
【详解】A．我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故A错误；
B．根据，可知两边质量可以约掉，不需要测量重物的质量m，故B错误；
C．实验中应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，以减小纸带与限位孔之间的摩擦，故C正确；
D．在实际测量中，由于各种阻力的存在，重物减少的重力势能通常会略大于增加的动能，故D错误。
故选C。
8．C
【详解】验证机械能守恒定律的实验中，重物应选择密度大、体积小的较重物体，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲，以减小空气阻力和摩擦阻力对实验的影响，C正确，AB错误。
故选C。
9．C
【详解】A．为了充分利用纸带，减少实验误差，释放纸带时，重锤应尽量靠近打点计时器，故A错误；
B．求解各点的速度，运用某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解，不能根据v=gt计算重物的速度，因为重物下落过程受到一定的阻力作用，使得重物的实际加速度小于g，故B错误；
C．由于阻力，重锤重力势能的减少量大于动能的增加量，故C正确；
D．交流电频率小于50Hz时，会导致速度测量值偏大，导致算得的动能偏大，故D错误。
故选C。
10．B
【详解】A．验证机械能守恒，即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，选择质量较大的重锤，不会使得重力势能的减小量小于动能的增加量，故A错误；
B．交流电源的频率小于50Hz，则测出的速度大小大于真实值，会导致测得的动能增加量偏大，得到重力势能的减小量小于动能的增加量的实验结果，故B正确；
C．若利用公式来计算重物的速度，就是认为下落的加速度为重力加速度，这样处理得到的动能增加量一定等于重力势能的减少量，故C错误；
D．空气对重锤阻力和打点计时器对纸带的阻力，会导致重力势能部分转化为内能，则重力势能的减小量会略大于动能的增加量，故D错误。
故选B。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)