4-5 验证机械能守恒定律 实验习题（含解析答案）

　实验：验证机械能守恒定律
1．利用
如图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，其中正确的方案是(　　)
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v＝gt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v，并通过h＝计算得出高度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
解析：利用g求v和h，相当于利用机械能守恒验证机械能守恒，选项A、B、C错误．
答案：D
2．下图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：
带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：
(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________．(填入正确选项前的字母)
A．米尺
B．秒表
C．0～12
V的直流电源
D．0～12
V的交流电源
(2)实验中误差产生的原因有____________________.
解析：(1)用米尺测量长度，用交流电源供打点计时器使用．
(2)纸带与打点计时器之间有摩擦，用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差，计算势能变化时，选取始末两点距离过近，交流电频率不稳定．
答案：(1)AD　(2)见解析
3．在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：
(1)某同学在实验中得到的纸带如图所示，其中A、B、C、D是相邻的四个计时点，它们到运动起始点O的距离分别为62.99
cm、70.18
cm、77.76
cm、85.73
cm.
已知当地的重力加速度g＝9.8
m/s2，打点计时器所用电源频率为50
Hz，重锤质量为1.00
kg.请根据以上数据计算重物由O点运动到C点的过程中，重力势能的减少量为________J，动能的增加量为________J．(取三位有效数字)
(2)甲、乙、丙三名同学分别得到一条纸带，三条纸带上第一、二点间的距离分别是1.0
mm、1.9
mm、4.0
mm.那么一定存在操作错误的同学是________，错误原因是
_______________________________________________.
解析：(1)ΔEp＝mghOC＝7.62
J，vC＝，ΔEk＝mv＝7.57
J；(2)打第一个点时，速度应为零，第一、二点间的距离x1＝gT2＝1.96×10－3
m，丙同学所测第一、二点间的距离等于4.0
mm，说明丙同学实验过程中打点O时重物具有一定的速度，即先释放了重物，后接通了电源．
答案：(1)7.62　7.57　(2)丙　先释放了重物，后接通了电源
4．“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行．
(1)比较这两种方案，_____(填“甲”或“乙”)方案好得多．
(2)下图是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中N点速度时，几位同学分别用下列不同的方法进行，其中正确的是(　　)
A．vN＝gnT　
B．vN＝
C．vN＝
D．vN＝g(n－1)T
解析：(1)考虑斜面给小车的摩擦阻力较大造成的影响，选取甲方案要好得多．
(2)考虑阻力的影响，物体下落时的实际加速度要略小于重力加速度，故凡是取g计算速度的选项都是错误的．
答案：(1)甲　(2)BC
5．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝1.00
kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示．O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02
s打一个点，当地的重力加速度为g＝9.80
m/s2，那么：
(1)根据图上所得的数据，应取图中O点到________点来验证机械能守恒定律；
(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp＝________J，动能增加量ΔEk＝________J(结果取三位有效数字)；
(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图象是下图中的________．
解析：(1)因只能计算出B点的速度，故应取图中O点到B点来验证机械能守恒．(2)ΔEp＝mg·hOB＝1.00×9.80×0.192
0
J＝1.88
J，vB＝＝1.92
m/s，故ΔEk＝mv＝×1.00×(1.92)2
J＝1.84
J．(3)由机械能守恒定律mgh＝mv2，解得＝gh，因此图象为过原点的直线，选项A正确．
答案：(1)B　(2)1.88　1.84　(3)A
6．在“验证机械能守恒定律”的实验中．
(1)打出的纸带如下图所示．设重锤质量为m，交变电源周期为T，则打第3个点时重锤的动能可以表示为______________．
(2)为了求起点0到第4个点重锤的重力势能变化，需要知道重力加速度g的值，这个g值应该是________．(填选项的序号即可)
A．取当地的实际g值
B．根据打出的纸带，用Δs＝gT2求出
C．近似取10
m/s2即可
(3)根据纸带数据，有一位同学为此描出了如下图所示的v2－h图象，图线不通过原点，说明在实验操作时出现了先___________
后_______________的现象．图线的斜率是__________．
解析：(1)采用中间时刻速度的计算法计算第3个点的速度：v3＝或v3＝，再利用动能公式计算动能．(2)实验中重力加速度要取当地重力加速度，且10
m/s2是两极的重力加速度，不符合实际，故实验题极少用此值．(3)从图象中可看出没有下落高度却有速度，说明实验操作时出现了先释放纸带后接通电源的现象，这样，机械能仍是守恒的．从0点到任意i点应有：mvi2＝mv02＋mghi，故vi2＝v02＋2ghi.可见，vi2－hi图象应是一条直线，其斜率为2g.
答案：(1)m2或m2
(2)A　(3)释放纸带　接通电源　2g