人教版物理必修2同步练习：8.5 实验：验证机械能守恒定律（能力提升）
一、选择题
1．（2024高三上·盐城期末）利用如图所示的实验器材，不能完成的实验是（ ）
A．验证牛顿第二定律 B．研究自由落体运动规律
C．验证机械能守恒定律 D．测量重力加速度的大小
【答案】A
【知识点】验证机械能守恒定律；自由落体运动；重力加速度；牛顿第二定律
【解析】【解答】A、由
知验证牛顿第二定律需要改变加速度，以上图片提供的实验装置加速度始终为重力加速度，无法满足实验要求，故A符合题意；
B、在研究自由落体运动规律实验中，必须满足物体只受到重力，需要打点计时器且测量物体的位移，运动的时间，以上实验器材满足该实验，故B不符合题意；
C、在验证机械能守恒定律实验中，关系式
不需要测质量，但需要打点计时器且测量物体的位移，运动的时间，求速度，以上实验器材满足该实验，故C不符合题意；
D、在测量重力加速度的大小实验中，必须满足物体只受到重力，需要打点计时器且测量物体的位移，运动的时间，以上实验器材满足该实验，故D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】熟悉掌握各实验的实验原理及操作步骤，再根据实验原理分析需要的实验仪器及所需要测量的数据。
2．（2021·南京模拟）某同学利用图示装置完成探究机械能守恒定律的实验.实验后发现重物重力势能的减少量mgh小于动能的增加量 mv2。你认为造成这一结果的可能原因是（ ）
A．纸带与振针之间有摩擦阻力
B．重物下落过程中受到空气阻力
C．释放重物前纸带不处于竖直位置
D．先释放重物，后接通电源打出纸带
【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】A．纸带与振针之间有摩擦阻力，则会使重物重力势能的减少量大于动能的增加量。A不符合题意；
B．重物下落过程中受到空气阻力，则会使重物重力势能的减少量大于动能的增加量。B不符合题意；
C．释放重物前纸带不处于竖直位置， 则会使重物重力势能的减少量大于动能的增加量。C不符合题意；
D．先释放重物，后接通电源打出纸带，则会导致h为零时，v不为零。此时会使重物重力势能的减少量小于动能的增加量。D符合题意。
故答案为：D。
【分析】由于下落过程中动能的变化量大于其重力势能，则有可能是其先释放了重物再打点，其他三种情况只会导致其重力势能的变化量大于动能的变化量。
3．（2020高一下·东台月考）用图示装置验证机械能守恒定律，由于安装不到位，电火花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的阻力，这样实验造成的结果是（ ）
A．重力势能的减小量明显大于动能的增加量
B．重力势能的减小量明显小于动能的增加量
C．重力势能的减小量等于动能的增加量
D．以上几种情况都有可能
【答案】A
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】由于重物下落时要克服阻力做功，重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能，故重力势能的减小量大于动能的增加量，A符合题意．
故答案为：A
【分析】重物带动纸带下落的过程中，除了重力，还受到阻力，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给动能还有一部分转化为摩擦生热。
4．（2019高一上·河北月考）如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置. 关于该实验，下列说法中正确的是（ ）
A．电磁打点计时器使用低压直流电
B．可用公式 计算重物的速度
C．实验时接通电源和释放纸带应同时进行
D．安装纸带时，应将纸带置于复写纸的下方
【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】电磁打点计时器使用的是低压交流电，A不符合题意；公式 是根据 推导出来的，现在我们要验证机械能守恒，所以不能用机械能守恒推导公式计算，B不符合题意；实验时为了获得更多数据，应先接通电源后释放纸带，C不符合题意；安装纸带时，应将纸带置于复写纸的下方，D符合题意．
故答案为：D
【分析】电磁打点计时器需要低压交流电来工作，电火花打点计时器需要220V交流电来工作；为了使纸带记录重物的运动全过程，需要先接通电源，再释放重物；释放重物时，重物应该靠近打点计时器释放。
5．（2018高二上·宿迁期末）如图所示“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．先释放纸带，后接通电源
B．打点计时器接低压直流电源
C．用秒表测出重物下落的时间
D．打点计时器两个限位孔在同一竖直平面内
【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】先接通电源，后释放纸带，A不符合题意；打点计时器接低压交流电源，B不符合题意；从纸带中可以得到下落时间，故不需用秒表测出重物下落的时间，C不符合题意；打点计时器两个限位孔在同一竖直平面内，以减小纸带与打点计时器的阻力，D符合题意；
故答案为：D.
【分析】实验先接通电源后释放纸带；打点计时器使用交流电源；有打点计时器不需要使用秒表。
6．（高中物理人教版必修2第七章第6节实验：探究功与速度变化的关系同步练习）在“探究功与速度变化的关系”的实验中，计算小车的速度时，应选择纸带上的哪些点进行计算（ ）
A．小车开始运动的点 B．纸带上远离小车的点
C．纸带上靠近小车的点 D．确定小车做匀速运动的点
【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】当橡皮筋恢复原长时，小车合外力为零，做匀速运动，此时速度最大，因此此时速度即为小车最终获得的速度，所以应选择纸带上确定小车做匀速运动的点，故D符合题意.
故答案为：D。
【分析】小车释放后开始做加速运动，当橡皮筋恢复到原长后小车做匀速直线运动，此时的速度为小车的最大速度，所以在选取纸带时应选取点分布均匀的纸带进行测量。
7．（高中物理人教版必修2第七章第6节实验：探究功与速度变化的关系同步练习）在“探究功与物体速度变化关系”实验中，小车会受到阻力，但可使木板倾斜作为补偿.则下列操作正确的是（ ）
A．放开小车，能够自由下滑即可
B．放开小车，能够匀速下滑即可
C．放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可
D．放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可
【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】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，即用重力平行木板方向的分力平衡摩擦力，从而使小车运动过程中，橡皮条的拉力等于合力，故要求放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可，故D符合题意、ABC不符合题意。
故答案为：D。
【分析】此题属于实验常识性问题，在平衡摩擦力的过程中必须拖着纸带，因为纸带通过打点计时器或产生摩擦力，当小车匀速下滑说明合力为零。
8．（2017高一下·槐荫期末）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，下列哪些测量工具是必需的（ ）
A．天平 B．弹簧测力计 C．刻度尺 D．秒表
【答案】C
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】解：在该实验中，通过打点计时器来记录物体运动时间，不需要秒表，
由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉，因此不需要天平，也不需要弹簧秤．
同时实验中需要测量纸带上两点间的距离，所以需要刻度尺．故C正确，A、B、D错误．
故选：C．
【分析】首先明确实验原理，确定实验需要测量的物理量，则可进一步知道实验所需要的器材．
9．（2017·扬州模拟）如图所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，下列说法中正确的是（ ）
A．打点计时器应接直流电源
B．应先释放纸带，后接通电源打点
C．需使用秒表测出重物下落的时间
D．测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度
【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】解：（1）A、打点计时器应接交流电源，故A错误；
B、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，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B错误；
C、我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故C错误；
D、测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度，故D正确．
故选D．
【分析】正确解答本题需要掌握：理解该实验的实验原理，需要测量的数据等；明确打点计时器的使用；理解实验中的注意事项以及如何进行数据处理；对于任何实验注意从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．
10．（2017高二下·扬州会考）在利用自由落体“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法中正确的是（ ）
A．实验中必须用天平测出重物的质量
B．实验中必须用秒表测出重物下落的时间
C．实验中选用重物的体积越大实验误差一定越小
D．实验中应选用最初两点间距离接近2mm 的纸带进行数据处理
【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】解：A、实验中不需要用天平测出重物的质量，因为在自由落体运动中势能和动能中质量在等式中可以消去，即 ，故A错误；
B、根据电流频率可以计算纸带上相邻两点的时间，进而可以得出重物下落的时间，故B错误；
C、实验中选用重物的体积越大可能使得重物受到空气阻力越大，实验误差也越大，故C错误；
D、若初速度等于0则实验中最初两点间距离
又因为实验会有空气阻力，所以实验中应选用最初两点间距离接近2mm 的纸带进行数据处理，这是为了选出初速度接近0的纸带，即自由落体运动，故D正确．
故选：D．
【分析】实验中不需要用天平测出重物的质量，因为在自由落体运动中势能和动能中质量在等式中可以消去；
根据电流频率可以计算纸带上相邻两点的时间；
实验中选用重物的体积越大可能使得重物受到空气阻力越大，实验误差也越大；
实验中应选用最初两点间距离接近2mm 的纸带进行数据处理，这是为了选出初速度接近0的纸带，即自由落体运动．
二、非选择题
11．（2024高三下·湖南模拟） 某实验小组采用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。实验装置安装好后，用手提住纸带上端，之后让纸带由静止开始下落。
（1）关于下列实验操作，不必要或不正确的是（ ）
A．实验前先用天平测出重物和夹子的质量
B．为减小阻力，用电磁打点计时器比用电火花计时器好一些
C．在重物大小合适的情况下，选择木块比选择铁块好
D．用秒表测出重物下落时间
E．释放纸带前应先接通电源
（2）某次实验中所用重物的质量。某同学选取了一条纸带，如图乙所示，0是打下的第一个点，1、2、3、4是连续打的点，根据纸带上的测量数据，从打下点0至打下点3的过程中，重物重力势能的减少量为 J，动能增加量为 J。（打点计时器频率为50Hz，取，结果均保留3位有效数字）
（3）若由于打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上，这样会导致计算的动能增加量 （填“<”“=”或“>”）重力势能减少量；其原因是 。
【答案】（1）A；B；C；D
（2）5.44；5.28
（3）；若由于打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上，这样会导致计算的动能增加量小于重力势能减少量，其原因打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上，纸带通过打点计时器时受到的阻力较大，阻力对重物做负功，会使其动能增加量小于重力势能减少量。
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）A、由实验过程中我们比较mgh与可知，m可以消掉，则不需要测出重物和夹子的质量，故A符合题意；
B、电火花计时器是通过火花放电留下点迹，电磁打点计时器是通过振针打点留下点迹，电火花计时器的阻力小于电磁打点计时器的阻力，故B符合题意；
C、为了减小空气阻力对实验的影响，实验时应选用密度较大的重物，即在重物大小合适的情况下，选择铁块比选择木块好，故C符合题意；
D、打点计时器可以测量时间，不需要用秒表测出重物下落的时间，故D符合题意；
E、为了确保打第一个点迹的初速度为0，同时避免在纸带上出现大量空白段落，实验时应先接通电源后释放纸带，故E不符合题意。
故答案为：ABCD。
（2）从打下点0至打下点3的过程中，重物下降的高度为55.49cm，重物重力势能的减少量为
打点计时器频率为50Hz，则有
打下点3时，重物的速度为
动能增加量为
（3）若由于打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上，这样会导致计算的动能增加量小于重力势能减少量，其原因打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上，纸带通过打点计时器时受到的阻力较大，阻力对重物做负功，会使其动能增加量小于重力势能减少量。
【分析】熟悉掌握通过自由落体运动验证机械能守恒定律的操作步骤及注意事项。根据中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度确定各计数点的速度。再根据动能及重力势能的定义确定各能的变化情况。
12．（2024高三下·湖北月考）为验证机械能守恒定律，某小组同学设计的实验装置如图所示，细线的一端拴一个金属小球，另一端连在天花板处的拉力传感器上先用水平作用力将小球从最低点处缓慢拉至点，然后由静止释放，、的竖直高度差为，记录小球通过处光电门的遮光时间为，金属小球的直径为，整个过程中细线都处于绷直状态，已知当地重力加速度为。
（1）小球从移至点过程中，拉力传感器的示数可能____。
A．一直变大 B．一直变小 C．保持不变
（2）小球通过最低点的速度大小为
（3）小球从静止释放到最低点的过程中，满足机械能守恒的关系式为 。
【答案】（1）A
（2）
（3）
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）设绳子与竖直方向的夹角为θ，将小球从最低点A处缓慢拉至B点的过程中绳子拉力为
将小球从最低点A处缓慢拉至B点的过程中θ逐渐增大，cosθ逐渐减小，故拉力逐渐增大，拉力传感器的示数一直变大。
故答案为：A。
（2）小球经过光电门的速度为
（3）由机械能守恒定律
整理可得
【分析】根据力的合成与分解确定绳子拉力与绳子与竖直方向夹角的关系，继而确定拉力的变化情况。熟悉掌握确定小球经过光电门的速度的方法。再根据机械能守恒定律的内容确定关系式。
13．（2024高三下·襄阳开学考） 在学习完毕传统的“验证机械能守恒定律”的实验后，同学们采用传感器等设备重新设计了一套新的实验装置。实验中，将完全相同的挡光片依次固定在圆弧轨道上，摆锤上内置了光电传感器，可测出摆锤经过挡光片时间，测出部分数据如表，表中高度h为0的位置为重力势能的零势能点：
高度h/m 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0
势能Ep/J 0.0295 0.0236 0.0177 0.0118 0.0059 0.0000
动能Ek/J 0.0217 A 0.0328 0.0395 0.0444 0.0501
机械能E/J 0.0512 0.0504 0.0505 0.0503 0.0503 0.0501
（1） 若挡光片的宽度极小且为d，挡光时间为，则摆锤经过挡光片时的速度大小为 （用题目给的符号表示）。
（2）表中A处数据应为 J（写具体数值）。
（3）另一小组记录了每个挡光板所在的高度h及其相应的挡光时间后，绘制了四幅图像。其中可以说明机械能守恒的图像最合适的是____。
A． B．
C． D．
【答案】（1）
（2）0.0268
（3）C
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）根据极短时间的平均速度近似等于瞬时速度可知，摆锤经过挡光片时的速度大小为
（2）根据机械能计算公式可知，动能
（3）根据机械能守恒可知
利用倾斜直线便于数据处理，故整理得
故答案为：C。
【分析】根据极短时间的平均速度近似等于瞬时速度确定摆锤经过挡光片时的速度。用图像进行数据处理时，为了便于处理数据和减小操作误差对实验的影响，往往采用直线进行数据处理。根据机械能守恒的定义结合选项推导得出符合实验要求的表达式。
14．（2024高二上·汉寿期末） 某实验小组用如图所示的实验装置来验证系统机械能守恒。在水平桌面上放有一气垫导轨，气垫导轨左侧装有定滑轮，气垫导轨上固定有两个光电门，用来测量遮光片通过光电门时的遮光时间，绕过定滑轮的轻质细绳将滑块与砝码盘连接。
（1）用20分度游标卡尺测量遮光片的宽度d，测量结果如图所示，则遮光片的宽度为 mm。
（2）将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过两个光电门的时间分别为、，用米尺测出两光电门之间的距离L，则滑块加速度的大小表达式为 ；
（3）实验中同时测量出砝码盘和砝码的质量m、滑块（包含遮光条）的质量M，已知当地的重力加速度为g，验证砝码盘、砝码和滑块组成系统机械能守恒的表达式为 。（表达式均用题中给出的物理量表示）
【答案】（1）3.50
（2）
（3）
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）游标卡尺的读数即遮光片的宽度为
（2）滑块通过光电门1、2时的速度分别为
，
根据位移与速度的关系有
解得
（3）根据机械能守恒定律有
整理得
【分析】读数时注意仪器的分度值及是否需要估读。熟悉掌握滑块经过光电门速度的计算方法。根据位移与速度关系确定滑块的加速度。熟悉掌握机械能守恒的具体内容，再结合实验原理及相关数据得出表达式。
15．（2024高三上·长沙期末）如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处静止释放，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。则：
（1）如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d= cm。
（2）多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图像如图丙所示，当图中已知量、和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式： 时，可判断小球下落过程中机械能守恒。
（3）某次实验发现动能增加量总是大于重力势能减少量，则可能的原因是____（多选）。
A．金属球从A点下落时初速度不为零
B．测量的高度H为金属球在A点时球下端与光电门B点的高度差
C．小球下落的高度太高，以致下落过程中空气阻力的影响比较大
【答案】（1）1.86
（2）
（3）A；B
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）图乙中游标卡尺的精确度为0.1mm，主尺读数为18.0mm，可动尺读数为6×0.1mm=0.6mm，可得小球的直径
d=18.0mm+0.6mm=18.6mm=1.86cm
（2）由图丙可知，光电门的高度为时，小球通过光电门的时间为，则小球通过光电门的速度为
若小球下落过程中机械能守恒，则有
解得
（3）A.若金属球从A点下落时初速度不为零，则末速度测量值偏大，动能增加量，偏大，，A符合题意；
B.小杰测量的高度H为金属球在A点时球底与光电门B点的高度差，则H的测量值偏小，重力势能偏小，，B符合题意；
C.小球下落的高度太高，以致下落过程中空气阻力的影响比较大，则实验过程中有不能忽略的能量损失，则，C不符合题意。
故答案为：AB。
【分析】（1）根据游标卡尺读数规则读数；（2）根据机械能守恒定律写出实验要满足的表达式；（3）根据实验原理分析实验误差。
16．（2024高三上·岳阳模拟） 某小组为了验证机械能守恒定律，设计了如图甲所示的实验装置，物块P、Q用跨过定滑轮的轻绳相连，P底端固定一宽度为d的轻质遮光条，托住P，用刻度尺测出遮光条所在位置A与固定在铁架台上的光电门B之间的高度差h（）。已知当地的重力加速度为g。
（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图丙所示，则图丙中游标卡尺的读数应为 cm。
（2）下列实验步骤正确的是____
A．选择两个质量相等的物块进行实验
B．实验时，要确保物块P由静止释放
C．需要测量出两物块的质量mP和mQ
D．需要测量出遮光条从A到达B所用的时间T
（3）改变高度h，重复实验，测得各次遮光条的挡光时间t，以h为横轴、为纵轴建立平面直角坐标系，在坐标系中作出图像，如图丙所示，该图像的斜率为k，在实验误差允许范围内，若k= （用题中字母表示），则验证了机械能守恒定律。
【答案】（1）0.52
（2）B；C
（3）
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度d为
（2）A、实验中要让物块P下降，Q上升，则选择两个质量不相等，故A错误；
B、实验时，要确保物块P由静止释放，故B正确；
C、需要测量出两物块的质量mP和mQ，故C正确；
D、实验中不需要测量出遮光条从A到达B所用的时间T，故D错误。
故答案为：BC。
（3）物块P经过光电门时的速度
实验中要验证的关系
即
则
【分析】读数时注意仪器的分度值及是否需要估读。根据中间时刻的瞬时速度确定物块经过光电门的速度。物块P、Q的速度大小相等。再根据机械能守恒的条件推到得出图像的表达式，再分析图像斜率的物理意义。
17．（2023高二上·岳阳楼期末） 某实验小组利用如图装置来验证机械能守恒定律。在气垫导轨上固定两个光电门，光电门连接数字毫秒计，滑块上固定宽度为d遮光条。把导轨的右端垫高，测出倾角为。已知当地重力加速度为g。
（1）若遮光条通过光电门1的时间为，则滑块通过光电门1的速度为 。
（2）实验时，若滑块通过光电门1和光电门2速度分别为和，两光电门间距离为L，满足表达式 （用、、g、L、和表示），说明机械能守恒。
（3）将滑块从不同位置释放，再次测出滑块通过光电门1和光电门2的速度和。以L为横坐标，以（）为纵坐标，把所得的实验数据描点，得到一条斜率为 ，截距为 的图线，说明机械能守恒。
【答案】（1）
（2）
（3）；0
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）遮光条挡住光的时间极短，则滑块通过光电门的平均速度近似等于瞬时速度，有
（2）根据实验原理可知，该实验中需要比较重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即
可说明机械能是否守恒，即化简为
（3）由（2）中结果可知
所以把所得的实验数据描点，得到的图线的斜率为
截距为0，说明机械能守恒。
【分析】遮光条挡住光的时间极短，则滑块通过光电门的平均速度近似等于瞬时速度。再根据机械能守恒的条件推到得出图像的函数表达式，再分析图像斜率和截距的物理意义及数值。
18．（2024高二上·阳江期末）如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为、质量为的金属小球由处静止释放，下落过程中能通过处正下方、固定于处的光电门，测得、间的距离为，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为，当地的重力加速度为。则：
（1）如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径 cm。
（2）多次改变高度，重复上述实验，作出随的变化图像如图丙所示，当图中已知量、和重力加速度及小球的直径满足以下表达式： 时，可判断小球下落过程中机械能守恒。
（3）某次实验发现动能增加量总是大于重力势能减少量，则可能原因是____（多选）
A．金属球从点下落时初速度不为零
B．小杰测量的高度为金属球在点时球底与光电门点的高度差
C．小球下落的高度太高，以致下落过程中空气阻力的影响比较大
【答案】（1）1.86/1.87
（2）
（3）A；B
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】 【解答】（1）用游标卡尺测得小球的直径
（2）小球通过光电门是速度为
若小球下落过程中机械能守恒，则
解得
（3） A、根据能量守恒推断金属球从A点下落时初速度不为零，则末速度大，动能增加量ΔEk偏大
故A正确；
B、小杰测量的高度H为金属球在A点时球底与光电门B点的高度差，则H偏小，重力势能ΔEp偏小
故B正确；
C、小球下落的高度太高，以致下落过程中空气阻力的影响比较大，则末速度偏小，ΔEk偏小
故C错误。
故答案为：AB。
【分析】 读数时注意仪器的分度值及是否需要估读。根据中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度确定小球通过光电门的速度。再根据机械能守恒条件得出表达式。动能变化量偏大，既要么小球经过光电门的速度计算值偏大，要么计算起点位置小球初速度不为零。
19．（2024高三下·广西开学考）某班级分若干个学习小组，通过实验验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。验证机械能守恒定律思路：求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。
（1）按照实验步骤和要求，得出纸带后，学习小组讨论出验证机械能守恒定律处理数据的以下几种方案，你认为最合理的方案是 填“方案一”“方案二”“方案三”。
方案一：利用起始点和第点计算，代入和，如果在实验误差允许的范围内，和相等，则验证了机械能守恒定律。
方案二：任取两点计算
任取两点、，测出，算出。
算出的值。
在实验误差允许的范围内，若，则验证了机械能守恒定律。
方案三：图像法
从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度，并计算各点速度的平方，然后以为纵轴，以为横轴，根据实验数据作出图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为的直线，则验证了机械能守恒定律。
（2）为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是 写出一条理由即可。
（3）某学习小组采用“方案二”处理数据，出现大于现象，出现这一结果的原因可能是____。
A．工作电压偏高
B．存在空气阻力和摩擦力
C．接通电源前释放了纸带
【答案】（1）方案三
（2）体积和形状相同时，密度大的重物受到的重力大，重物下落过程受到的空气阻力和摩擦阻力相对于重力的比例更小，即可以减小空气阻力和摩擦阻力的影响
（3）B
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）最合理的方案是方案三；因为方案三用图像法验证机械能守恒定律，通过描点作图可以把偏差比较大的数据点去掉，有效得减小偶然误差。
（2）为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是：体积和形状相同时，密度大的重物受到的重力大，重物下落过程受到的空气阻力和摩擦阻力相对于重力的比例更小，即可以减小空气阻力和摩擦阻力的影响。
（3）某学习小组采用“方案二”处理数据，出现减少的重力势能大于动能增加量的现象，出现这一结果的原因可能是存在空气阻力和摩擦力，使得重物下落过程，减少的重力势能有一部分转化为内能，则减少的重力势能大于增加的动能。
故答案为：B。
【分析】图像法是实验数据处理的常用方法，可以有效的减小由于实验操作问题带来的偶然误差。为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大，减小空气阻力和摩擦阻力的影响。重物下落过程，减少的重力势能有一部分转化为物体与空气摩擦产生的内能，减少的重力势能大于增加的动能。
20．（2024高二下·汉寿开学考）利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上点放置带有长方形遮光条的滑块，其总质量为，左端由跨过光滑定滑轮的轻质细绳与质量为的小球相连；导轨上点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的时间，用表示点到光电门处的距离，表示遮光片的宽度，将遮光片通过电门的平均速度看作滑块通过点时的瞬时速度，实验时滑块在处由静止开始运动．
图甲
（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度，结果如图乙所示，由此读出 ．
（2）某次实验测得气垫导轨的倾斜角为，重力加速度用表示，滑块从点到点过程中，和组成的系统动能增加量可表示为 ，系统的重力势能减少量可表示为 ，在误差允许的范围内，若，则可认为系统的机械能守恒．
【答案】（1）
（2）；
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）主尺刻度为，游标尺刻度第个格对齐，为，故读数为；
（2）由于光电门的宽度很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度，滑块通过光电门速度为：；滑块从处到达处时和组成的系统动能增加量为：；系统的重力势能减少量可表示为：
【分析】本题处理关键是了解光电门测量瞬时速度的原理，验证机械能守恒实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面。结合游标卡尺的读数原则进行，注意精度和有效数位；由于光电门的宽度很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度；根据起末点的速度可以求出动能的增加量，根据重力做功和重力势能之间的关系可以求出重力势能的减小量
1 / 1人教版物理必修2同步练习：8.5 实验：验证机械能守恒定律（能力提升）
一、选择题
1．（2024高三上·盐城期末）利用如图所示的实验器材，不能完成的实验是（ ）
A．验证牛顿第二定律 B．研究自由落体运动规律
C．验证机械能守恒定律 D．测量重力加速度的大小
2．（2021·南京模拟）某同学利用图示装置完成探究机械能守恒定律的实验.实验后发现重物重力势能的减少量mgh小于动能的增加量 mv2。你认为造成这一结果的可能原因是（ ）
A．纸带与振针之间有摩擦阻力
B．重物下落过程中受到空气阻力
C．释放重物前纸带不处于竖直位置
D．先释放重物，后接通电源打出纸带
3．（2020高一下·东台月考）用图示装置验证机械能守恒定律，由于安装不到位，电火花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的阻力，这样实验造成的结果是（ ）
A．重力势能的减小量明显大于动能的增加量
B．重力势能的减小量明显小于动能的增加量
C．重力势能的减小量等于动能的增加量
D．以上几种情况都有可能
4．（2019高一上·河北月考）如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置. 关于该实验，下列说法中正确的是（ ）
A．电磁打点计时器使用低压直流电
B．可用公式 计算重物的速度
C．实验时接通电源和释放纸带应同时进行
D．安装纸带时，应将纸带置于复写纸的下方
5．（2018高二上·宿迁期末）如图所示“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．先释放纸带，后接通电源
B．打点计时器接低压直流电源
C．用秒表测出重物下落的时间
D．打点计时器两个限位孔在同一竖直平面内
6．（高中物理人教版必修2第七章第6节实验：探究功与速度变化的关系同步练习）在“探究功与速度变化的关系”的实验中，计算小车的速度时，应选择纸带上的哪些点进行计算（ ）
A．小车开始运动的点 B．纸带上远离小车的点
C．纸带上靠近小车的点 D．确定小车做匀速运动的点
7．（高中物理人教版必修2第七章第6节实验：探究功与速度变化的关系同步练习）在“探究功与物体速度变化关系”实验中，小车会受到阻力，但可使木板倾斜作为补偿.则下列操作正确的是（ ）
A．放开小车，能够自由下滑即可
B．放开小车，能够匀速下滑即可
C．放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可
D．放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可
8．（2017高一下·槐荫期末）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，下列哪些测量工具是必需的（ ）
A．天平 B．弹簧测力计 C．刻度尺 D．秒表
9．（2017·扬州模拟）如图所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，下列说法中正确的是（ ）
A．打点计时器应接直流电源
B．应先释放纸带，后接通电源打点
C．需使用秒表测出重物下落的时间
D．测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度
10．（2017高二下·扬州会考）在利用自由落体“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法中正确的是（ ）
A．实验中必须用天平测出重物的质量
B．实验中必须用秒表测出重物下落的时间
C．实验中选用重物的体积越大实验误差一定越小
D．实验中应选用最初两点间距离接近2mm 的纸带进行数据处理
二、非选择题
11．（2024高三下·湖南模拟） 某实验小组采用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。实验装置安装好后，用手提住纸带上端，之后让纸带由静止开始下落。
（1）关于下列实验操作，不必要或不正确的是（ ）
A．实验前先用天平测出重物和夹子的质量
B．为减小阻力，用电磁打点计时器比用电火花计时器好一些
C．在重物大小合适的情况下，选择木块比选择铁块好
D．用秒表测出重物下落时间
E．释放纸带前应先接通电源
（2）某次实验中所用重物的质量。某同学选取了一条纸带，如图乙所示，0是打下的第一个点，1、2、3、4是连续打的点，根据纸带上的测量数据，从打下点0至打下点3的过程中，重物重力势能的减少量为 J，动能增加量为 J。（打点计时器频率为50Hz，取，结果均保留3位有效数字）
（3）若由于打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上，这样会导致计算的动能增加量 （填“<”“=”或“>”）重力势能减少量；其原因是 。
12．（2024高三下·湖北月考）为验证机械能守恒定律，某小组同学设计的实验装置如图所示，细线的一端拴一个金属小球，另一端连在天花板处的拉力传感器上先用水平作用力将小球从最低点处缓慢拉至点，然后由静止释放，、的竖直高度差为，记录小球通过处光电门的遮光时间为，金属小球的直径为，整个过程中细线都处于绷直状态，已知当地重力加速度为。
（1）小球从移至点过程中，拉力传感器的示数可能____。
A．一直变大 B．一直变小 C．保持不变
（2）小球通过最低点的速度大小为
（3）小球从静止释放到最低点的过程中，满足机械能守恒的关系式为 。
13．（2024高三下·襄阳开学考） 在学习完毕传统的“验证机械能守恒定律”的实验后，同学们采用传感器等设备重新设计了一套新的实验装置。实验中，将完全相同的挡光片依次固定在圆弧轨道上，摆锤上内置了光电传感器，可测出摆锤经过挡光片时间，测出部分数据如表，表中高度h为0的位置为重力势能的零势能点：
高度h/m 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0
势能Ep/J 0.0295 0.0236 0.0177 0.0118 0.0059 0.0000
动能Ek/J 0.0217 A 0.0328 0.0395 0.0444 0.0501
机械能E/J 0.0512 0.0504 0.0505 0.0503 0.0503 0.0501
（1） 若挡光片的宽度极小且为d，挡光时间为，则摆锤经过挡光片时的速度大小为 （用题目给的符号表示）。
（2）表中A处数据应为 J（写具体数值）。
（3）另一小组记录了每个挡光板所在的高度h及其相应的挡光时间后，绘制了四幅图像。其中可以说明机械能守恒的图像最合适的是____。
A． B．
C． D．
14．（2024高二上·汉寿期末） 某实验小组用如图所示的实验装置来验证系统机械能守恒。在水平桌面上放有一气垫导轨，气垫导轨左侧装有定滑轮，气垫导轨上固定有两个光电门，用来测量遮光片通过光电门时的遮光时间，绕过定滑轮的轻质细绳将滑块与砝码盘连接。
（1）用20分度游标卡尺测量遮光片的宽度d，测量结果如图所示，则遮光片的宽度为 mm。
（2）将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过两个光电门的时间分别为、，用米尺测出两光电门之间的距离L，则滑块加速度的大小表达式为 ；
（3）实验中同时测量出砝码盘和砝码的质量m、滑块（包含遮光条）的质量M，已知当地的重力加速度为g，验证砝码盘、砝码和滑块组成系统机械能守恒的表达式为 。（表达式均用题中给出的物理量表示）
15．（2024高三上·长沙期末）如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处静止释放，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。则：
（1）如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d= cm。
（2）多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图像如图丙所示，当图中已知量、和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式： 时，可判断小球下落过程中机械能守恒。
（3）某次实验发现动能增加量总是大于重力势能减少量，则可能的原因是____（多选）。
A．金属球从A点下落时初速度不为零
B．测量的高度H为金属球在A点时球下端与光电门B点的高度差
C．小球下落的高度太高，以致下落过程中空气阻力的影响比较大
16．（2024高三上·岳阳模拟） 某小组为了验证机械能守恒定律，设计了如图甲所示的实验装置，物块P、Q用跨过定滑轮的轻绳相连，P底端固定一宽度为d的轻质遮光条，托住P，用刻度尺测出遮光条所在位置A与固定在铁架台上的光电门B之间的高度差h（）。已知当地的重力加速度为g。
（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图丙所示，则图丙中游标卡尺的读数应为 cm。
（2）下列实验步骤正确的是____
A．选择两个质量相等的物块进行实验
B．实验时，要确保物块P由静止释放
C．需要测量出两物块的质量mP和mQ
D．需要测量出遮光条从A到达B所用的时间T
（3）改变高度h，重复实验，测得各次遮光条的挡光时间t，以h为横轴、为纵轴建立平面直角坐标系，在坐标系中作出图像，如图丙所示，该图像的斜率为k，在实验误差允许范围内，若k= （用题中字母表示），则验证了机械能守恒定律。
17．（2023高二上·岳阳楼期末） 某实验小组利用如图装置来验证机械能守恒定律。在气垫导轨上固定两个光电门，光电门连接数字毫秒计，滑块上固定宽度为d遮光条。把导轨的右端垫高，测出倾角为。已知当地重力加速度为g。
（1）若遮光条通过光电门1的时间为，则滑块通过光电门1的速度为 。
（2）实验时，若滑块通过光电门1和光电门2速度分别为和，两光电门间距离为L，满足表达式 （用、、g、L、和表示），说明机械能守恒。
（3）将滑块从不同位置释放，再次测出滑块通过光电门1和光电门2的速度和。以L为横坐标，以（）为纵坐标，把所得的实验数据描点，得到一条斜率为 ，截距为 的图线，说明机械能守恒。
18．（2024高二上·阳江期末）如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为、质量为的金属小球由处静止释放，下落过程中能通过处正下方、固定于处的光电门，测得、间的距离为，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为，当地的重力加速度为。则：
（1）如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径 cm。
（2）多次改变高度，重复上述实验，作出随的变化图像如图丙所示，当图中已知量、和重力加速度及小球的直径满足以下表达式： 时，可判断小球下落过程中机械能守恒。
（3）某次实验发现动能增加量总是大于重力势能减少量，则可能原因是____（多选）
A．金属球从点下落时初速度不为零
B．小杰测量的高度为金属球在点时球底与光电门点的高度差
C．小球下落的高度太高，以致下落过程中空气阻力的影响比较大
19．（2024高三下·广西开学考）某班级分若干个学习小组，通过实验验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。验证机械能守恒定律思路：求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。
（1）按照实验步骤和要求，得出纸带后，学习小组讨论出验证机械能守恒定律处理数据的以下几种方案，你认为最合理的方案是 填“方案一”“方案二”“方案三”。
方案一：利用起始点和第点计算，代入和，如果在实验误差允许的范围内，和相等，则验证了机械能守恒定律。
方案二：任取两点计算
任取两点、，测出，算出。
算出的值。
在实验误差允许的范围内，若，则验证了机械能守恒定律。
方案三：图像法
从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度，并计算各点速度的平方，然后以为纵轴，以为横轴，根据实验数据作出图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为的直线，则验证了机械能守恒定律。
（2）为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是 写出一条理由即可。
（3）某学习小组采用“方案二”处理数据，出现大于现象，出现这一结果的原因可能是____。
A．工作电压偏高
B．存在空气阻力和摩擦力
C．接通电源前释放了纸带
20．（2024高二下·汉寿开学考）利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上点放置带有长方形遮光条的滑块，其总质量为，左端由跨过光滑定滑轮的轻质细绳与质量为的小球相连；导轨上点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的时间，用表示点到光电门处的距离，表示遮光片的宽度，将遮光片通过电门的平均速度看作滑块通过点时的瞬时速度，实验时滑块在处由静止开始运动．
图甲
（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度，结果如图乙所示，由此读出 ．
（2）某次实验测得气垫导轨的倾斜角为，重力加速度用表示，滑块从点到点过程中，和组成的系统动能增加量可表示为 ，系统的重力势能减少量可表示为 ，在误差允许的范围内，若，则可认为系统的机械能守恒．
答案解析部分
1．【答案】A
【知识点】验证机械能守恒定律；自由落体运动；重力加速度；牛顿第二定律
【解析】【解答】A、由
知验证牛顿第二定律需要改变加速度，以上图片提供的实验装置加速度始终为重力加速度，无法满足实验要求，故A符合题意；
B、在研究自由落体运动规律实验中，必须满足物体只受到重力，需要打点计时器且测量物体的位移，运动的时间，以上实验器材满足该实验，故B不符合题意；
C、在验证机械能守恒定律实验中，关系式
不需要测质量，但需要打点计时器且测量物体的位移，运动的时间，求速度，以上实验器材满足该实验，故C不符合题意；
D、在测量重力加速度的大小实验中，必须满足物体只受到重力，需要打点计时器且测量物体的位移，运动的时间，以上实验器材满足该实验，故D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】熟悉掌握各实验的实验原理及操作步骤，再根据实验原理分析需要的实验仪器及所需要测量的数据。
2．【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】A．纸带与振针之间有摩擦阻力，则会使重物重力势能的减少量大于动能的增加量。A不符合题意；
B．重物下落过程中受到空气阻力，则会使重物重力势能的减少量大于动能的增加量。B不符合题意；
C．释放重物前纸带不处于竖直位置， 则会使重物重力势能的减少量大于动能的增加量。C不符合题意；
D．先释放重物，后接通电源打出纸带，则会导致h为零时，v不为零。此时会使重物重力势能的减少量小于动能的增加量。D符合题意。
故答案为：D。
【分析】由于下落过程中动能的变化量大于其重力势能，则有可能是其先释放了重物再打点，其他三种情况只会导致其重力势能的变化量大于动能的变化量。
3．【答案】A
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】由于重物下落时要克服阻力做功，重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能，故重力势能的减小量大于动能的增加量，A符合题意．
故答案为：A
【分析】重物带动纸带下落的过程中，除了重力，还受到阻力，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给动能还有一部分转化为摩擦生热。
4．【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】电磁打点计时器使用的是低压交流电，A不符合题意；公式 是根据 推导出来的，现在我们要验证机械能守恒，所以不能用机械能守恒推导公式计算，B不符合题意；实验时为了获得更多数据，应先接通电源后释放纸带，C不符合题意；安装纸带时，应将纸带置于复写纸的下方，D符合题意．
故答案为：D
【分析】电磁打点计时器需要低压交流电来工作，电火花打点计时器需要220V交流电来工作；为了使纸带记录重物的运动全过程，需要先接通电源，再释放重物；释放重物时，重物应该靠近打点计时器释放。
5．【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】先接通电源，后释放纸带，A不符合题意；打点计时器接低压交流电源，B不符合题意；从纸带中可以得到下落时间，故不需用秒表测出重物下落的时间，C不符合题意；打点计时器两个限位孔在同一竖直平面内，以减小纸带与打点计时器的阻力，D符合题意；
故答案为：D.
【分析】实验先接通电源后释放纸带；打点计时器使用交流电源；有打点计时器不需要使用秒表。
6．【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】当橡皮筋恢复原长时，小车合外力为零，做匀速运动，此时速度最大，因此此时速度即为小车最终获得的速度，所以应选择纸带上确定小车做匀速运动的点，故D符合题意.
故答案为：D。
【分析】小车释放后开始做加速运动，当橡皮筋恢复到原长后小车做匀速直线运动，此时的速度为小车的最大速度，所以在选取纸带时应选取点分布均匀的纸带进行测量。
7．【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】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，即用重力平行木板方向的分力平衡摩擦力，从而使小车运动过程中，橡皮条的拉力等于合力，故要求放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可，故D符合题意、ABC不符合题意。
故答案为：D。
【分析】此题属于实验常识性问题，在平衡摩擦力的过程中必须拖着纸带，因为纸带通过打点计时器或产生摩擦力，当小车匀速下滑说明合力为零。
8．【答案】C
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】解：在该实验中，通过打点计时器来记录物体运动时间，不需要秒表，
由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉，因此不需要天平，也不需要弹簧秤．
同时实验中需要测量纸带上两点间的距离，所以需要刻度尺．故C正确，A、B、D错误．
故选：C．
【分析】首先明确实验原理，确定实验需要测量的物理量，则可进一步知道实验所需要的器材．
9．【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】解：（1）A、打点计时器应接交流电源，故A错误；
B、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，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B错误；
C、我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故C错误；
D、测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度，故D正确．
故选D．
【分析】正确解答本题需要掌握：理解该实验的实验原理，需要测量的数据等；明确打点计时器的使用；理解实验中的注意事项以及如何进行数据处理；对于任何实验注意从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．
10．【答案】D
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】解：A、实验中不需要用天平测出重物的质量，因为在自由落体运动中势能和动能中质量在等式中可以消去，即 ，故A错误；
B、根据电流频率可以计算纸带上相邻两点的时间，进而可以得出重物下落的时间，故B错误；
C、实验中选用重物的体积越大可能使得重物受到空气阻力越大，实验误差也越大，故C错误；
D、若初速度等于0则实验中最初两点间距离
又因为实验会有空气阻力，所以实验中应选用最初两点间距离接近2mm 的纸带进行数据处理，这是为了选出初速度接近0的纸带，即自由落体运动，故D正确．
故选：D．
【分析】实验中不需要用天平测出重物的质量，因为在自由落体运动中势能和动能中质量在等式中可以消去；
根据电流频率可以计算纸带上相邻两点的时间；
实验中选用重物的体积越大可能使得重物受到空气阻力越大，实验误差也越大；
实验中应选用最初两点间距离接近2mm 的纸带进行数据处理，这是为了选出初速度接近0的纸带，即自由落体运动．
11．【答案】（1）A；B；C；D
（2）5.44；5.28
（3）；若由于打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上，这样会导致计算的动能增加量小于重力势能减少量，其原因打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上，纸带通过打点计时器时受到的阻力较大，阻力对重物做负功，会使其动能增加量小于重力势能减少量。
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）A、由实验过程中我们比较mgh与可知，m可以消掉，则不需要测出重物和夹子的质量，故A符合题意；
B、电火花计时器是通过火花放电留下点迹，电磁打点计时器是通过振针打点留下点迹，电火花计时器的阻力小于电磁打点计时器的阻力，故B符合题意；
C、为了减小空气阻力对实验的影响，实验时应选用密度较大的重物，即在重物大小合适的情况下，选择铁块比选择木块好，故C符合题意；
D、打点计时器可以测量时间，不需要用秒表测出重物下落的时间，故D符合题意；
E、为了确保打第一个点迹的初速度为0，同时避免在纸带上出现大量空白段落，实验时应先接通电源后释放纸带，故E不符合题意。
故答案为：ABCD。
（2）从打下点0至打下点3的过程中，重物下降的高度为55.49cm，重物重力势能的减少量为
打点计时器频率为50Hz，则有
打下点3时，重物的速度为
动能增加量为
（3）若由于打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上，这样会导致计算的动能增加量小于重力势能减少量，其原因打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上，纸带通过打点计时器时受到的阻力较大，阻力对重物做负功，会使其动能增加量小于重力势能减少量。
【分析】熟悉掌握通过自由落体运动验证机械能守恒定律的操作步骤及注意事项。根据中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度确定各计数点的速度。再根据动能及重力势能的定义确定各能的变化情况。
12．【答案】（1）A
（2）
（3）
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）设绳子与竖直方向的夹角为θ，将小球从最低点A处缓慢拉至B点的过程中绳子拉力为
将小球从最低点A处缓慢拉至B点的过程中θ逐渐增大，cosθ逐渐减小，故拉力逐渐增大，拉力传感器的示数一直变大。
故答案为：A。
（2）小球经过光电门的速度为
（3）由机械能守恒定律
整理可得
【分析】根据力的合成与分解确定绳子拉力与绳子与竖直方向夹角的关系，继而确定拉力的变化情况。熟悉掌握确定小球经过光电门的速度的方法。再根据机械能守恒定律的内容确定关系式。
13．【答案】（1）
（2）0.0268
（3）C
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）根据极短时间的平均速度近似等于瞬时速度可知，摆锤经过挡光片时的速度大小为
（2）根据机械能计算公式可知，动能
（3）根据机械能守恒可知
利用倾斜直线便于数据处理，故整理得
故答案为：C。
【分析】根据极短时间的平均速度近似等于瞬时速度确定摆锤经过挡光片时的速度。用图像进行数据处理时，为了便于处理数据和减小操作误差对实验的影响，往往采用直线进行数据处理。根据机械能守恒的定义结合选项推导得出符合实验要求的表达式。
14．【答案】（1）3.50
（2）
（3）
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）游标卡尺的读数即遮光片的宽度为
（2）滑块通过光电门1、2时的速度分别为
，
根据位移与速度的关系有
解得
（3）根据机械能守恒定律有
整理得
【分析】读数时注意仪器的分度值及是否需要估读。熟悉掌握滑块经过光电门速度的计算方法。根据位移与速度关系确定滑块的加速度。熟悉掌握机械能守恒的具体内容，再结合实验原理及相关数据得出表达式。
15．【答案】（1）1.86
（2）
（3）A；B
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）图乙中游标卡尺的精确度为0.1mm，主尺读数为18.0mm，可动尺读数为6×0.1mm=0.6mm，可得小球的直径
d=18.0mm+0.6mm=18.6mm=1.86cm
（2）由图丙可知，光电门的高度为时，小球通过光电门的时间为，则小球通过光电门的速度为
若小球下落过程中机械能守恒，则有
解得
（3）A.若金属球从A点下落时初速度不为零，则末速度测量值偏大，动能增加量，偏大，，A符合题意；
B.小杰测量的高度H为金属球在A点时球底与光电门B点的高度差，则H的测量值偏小，重力势能偏小，，B符合题意；
C.小球下落的高度太高，以致下落过程中空气阻力的影响比较大，则实验过程中有不能忽略的能量损失，则，C不符合题意。
故答案为：AB。
【分析】（1）根据游标卡尺读数规则读数；（2）根据机械能守恒定律写出实验要满足的表达式；（3）根据实验原理分析实验误差。
16．【答案】（1）0.52
（2）B；C
（3）
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度d为
（2）A、实验中要让物块P下降，Q上升，则选择两个质量不相等，故A错误；
B、实验时，要确保物块P由静止释放，故B正确；
C、需要测量出两物块的质量mP和mQ，故C正确；
D、实验中不需要测量出遮光条从A到达B所用的时间T，故D错误。
故答案为：BC。
（3）物块P经过光电门时的速度
实验中要验证的关系
即
则
【分析】读数时注意仪器的分度值及是否需要估读。根据中间时刻的瞬时速度确定物块经过光电门的速度。物块P、Q的速度大小相等。再根据机械能守恒的条件推到得出图像的表达式，再分析图像斜率的物理意义。
17．【答案】（1）
（2）
（3）；0
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）遮光条挡住光的时间极短，则滑块通过光电门的平均速度近似等于瞬时速度，有
（2）根据实验原理可知，该实验中需要比较重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即
可说明机械能是否守恒，即化简为
（3）由（2）中结果可知
所以把所得的实验数据描点，得到的图线的斜率为
截距为0，说明机械能守恒。
【分析】遮光条挡住光的时间极短，则滑块通过光电门的平均速度近似等于瞬时速度。再根据机械能守恒的条件推到得出图像的函数表达式，再分析图像斜率和截距的物理意义及数值。
18．【答案】（1）1.86/1.87
（2）
（3）A；B
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】 【解答】（1）用游标卡尺测得小球的直径
（2）小球通过光电门是速度为
若小球下落过程中机械能守恒，则
解得
（3） A、根据能量守恒推断金属球从A点下落时初速度不为零，则末速度大，动能增加量ΔEk偏大
故A正确；
B、小杰测量的高度H为金属球在A点时球底与光电门B点的高度差，则H偏小，重力势能ΔEp偏小
故B正确；
C、小球下落的高度太高，以致下落过程中空气阻力的影响比较大，则末速度偏小，ΔEk偏小
故C错误。
故答案为：AB。
【分析】 读数时注意仪器的分度值及是否需要估读。根据中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度确定小球通过光电门的速度。再根据机械能守恒条件得出表达式。动能变化量偏大，既要么小球经过光电门的速度计算值偏大，要么计算起点位置小球初速度不为零。
19．【答案】（1）方案三
（2）体积和形状相同时，密度大的重物受到的重力大，重物下落过程受到的空气阻力和摩擦阻力相对于重力的比例更小，即可以减小空气阻力和摩擦阻力的影响
（3）B
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）最合理的方案是方案三；因为方案三用图像法验证机械能守恒定律，通过描点作图可以把偏差比较大的数据点去掉，有效得减小偶然误差。
（2）为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是：体积和形状相同时，密度大的重物受到的重力大，重物下落过程受到的空气阻力和摩擦阻力相对于重力的比例更小，即可以减小空气阻力和摩擦阻力的影响。
（3）某学习小组采用“方案二”处理数据，出现减少的重力势能大于动能增加量的现象，出现这一结果的原因可能是存在空气阻力和摩擦力，使得重物下落过程，减少的重力势能有一部分转化为内能，则减少的重力势能大于增加的动能。
故答案为：B。
【分析】图像法是实验数据处理的常用方法，可以有效的减小由于实验操作问题带来的偶然误差。为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大，减小空气阻力和摩擦阻力的影响。重物下落过程，减少的重力势能有一部分转化为物体与空气摩擦产生的内能，减少的重力势能大于增加的动能。
20．【答案】（1）
（2）；
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）主尺刻度为，游标尺刻度第个格对齐，为，故读数为；
（2）由于光电门的宽度很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度，滑块通过光电门速度为：；滑块从处到达处时和组成的系统动能增加量为：；系统的重力势能减少量可表示为：
【分析】本题处理关键是了解光电门测量瞬时速度的原理，验证机械能守恒实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面。结合游标卡尺的读数原则进行，注意精度和有效数位；由于光电门的宽度很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度；根据起末点的速度可以求出动能的增加量，根据重力做功和重力势能之间的关系可以求出重力势能的减小量
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