7.5实验：验证机械能守恒定律
满分：68
班级：
姓名：
考号：
一、实验题（组）（共8小题，共68分）
1.某学习小组使用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。
把一个直径为的小球用不可伸长的细线悬挂，光电门置于小球平衡位置处，其光线恰好通过小球球心，
计时器与光电门相连。
将小球拉离平衡位置并记录其高度，然后由静止释放（运动平面与光电门光线垂直），记录小球经过光
电门的挡光时间△t。改变h,测量多组数据。已知重力加速度为g,忽略阻力。
(6分)
:n
光电门
计时器
图1
(1)以h为横坐标，
(填“At”、“(△t)2”、“是”或“1
(△t)2
”)为纵坐标作
△t
直线图。若所得图像过原点，且斜率为
(用d和g表示)，即可证明小球在运动过程中机
械能守恒。
(3分)
(2)实验中，用游标卡尺测得小球直径d=20.48mm。
①由结果可知，所用的是
分度的游标卡尺（填“10”、“20”或“50”）；
②小组设计了一把25分度的游标卡尺，未测量时的状态如图2所示。如果用此游标卡尺测量该小
球直径，则游标尺上第
条刻度线与主尺上的刻度线对齐。
5
67891011121314151617181920
(3分)
图2
2.小明同学探究机械能守恒定律，实验装置如图1。实验时，将小钢球在斜槽上某位置A由静止释放，钢
球沿斜槽通过末端0处的光电门，光电门记录下钢球的遮光时间t。用游标卡尺测出钢球的直径d,由
V=号得出其通过光电门的速度v,再计算出动能增加量△Ek=m2。用刻度尺测得钢球下降的高度
h,计算出重力势能减少量△Ep
光电门
光电门
图3
(15分)
图1
(1)安装实验装置的操作有：
①在斜槽末端安装光电门
②调节斜槽在竖直平面内
③调节斜槽末端水平
④将斜槽安装到底座上
其合理的顺序是
(选填“A”“B”或“C”)。(3分)
A.①②③④
B.④②③①
C.④①②③
(2)测量钢球直径的正确操作是图2中
(选填“甲”或“乙”)所示的方式。
(3分)
图2
(3)在斜槽上5个不同的位置由静止释放钢球。测量得出的实验数据见表1。已知钢球的质量m=0.0
2kg,重力加速度g9.80m/s2。请将表1的数据补充完整。
表
h/(10-2m)
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
4E,/(10-3J)
4.90
6.25
7.45
8.78
10.0
4E,/(10-3J)
7.84
9.80
11.8
13.7
(3分)
(4)实验数据表明，△Ek明显小于△E。,钢球在下降过程中发生机械能的损失。小明认为，机械能
的损失主要是由于钢球受到的摩擦力做功造成的。
为验证此猜想，小明另取一个完全相同的斜槽按图3平滑对接。若钢球从左侧斜槽上A点由静止释
放，运动到右侧斜槽上，最高能到达B点，A、B两点高度差为H。则该过程中，摩擦力做功大小的
理论值W理
(用m、g、H表示)。7.5实验：验证机械能守恒定律
满分：68
班级：
姓名：
考号：
一、实验题（组）（共8小题，共68分）
1.某学习小组使用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。
把一个直径为的小球用不可伸长的细线悬挂，光电门置于小球平衡位置处，其光线恰好通过小球球心，
计时器与光电门相连。
将小球拉离平衡位置并记录其高度，然后由静止释放（运动平面与光电门光线垂直），记录小球经过光
电门的挡光时间△t。改变h,测量多组数据。已知重力加速度为g,忽略阻力。
(6分)
光电门
计时器
图1
(1)以h为横坐标，
(填“△t”、“(△t)2”、“是”或“1
”)为纵坐标作
△t
(△t)2
直线图。若所得图像过原点，且斜率为
(用d和g表示)，即可证明小球在运动过程中机
械能守恒。
(3分)
正确答案：
2g
(4t)2’
答案解析：
如果机械能守恒，则满足mgh=
m2,又v是得neh号
h,斜率为=2g
(2)实验中，用游标卡尺测得小球直径d=20.48m。
①由结果可知，所用的是分度的游标卡尺（填“10”、“20”或“50”）；
②小组设计了一把25分度的游标卡尺，未测量时的状态如图2所示。如果用此游标卡尺测量该小
球直径，则游标尺上第
条刻度线与主尺上的刻度线对齐。
567891011121314151617181920
(3分)
图2
正确答案：
①50：②12。
答案解析：①根据游标卡尺读数的规则可知，以mm为单位，且小数点后面两位读数，末位是偶数的，只
能是游标尺读数×0.02m得出的计算结果，故用的是50分度的游标卡尺：
②此游标卡尺上的一小格真实长度为兰m=0.96m,故游标尺的精确度为1m-0.96mm-0.04m,小球直径
25
d=20mm+n×0.04mm=20.48mm,故n=12,故游标尺上第12条刻度线与主尺上的刻度线对齐。
2.小明同学探究机械能守恒定律，实验装置如图1。实验时，将小钢球在斜槽上某位置A由静止释放，钢
球沿斜槽通过末端0处的光电门，光电门记录下钢球的遮光时间t。用游标卡尺测出钢球的直径d,由
v=得出其通过光电门的速度y,再计算出动能增加量△Ek=m2。用刻度尺测得钢球下降的高度
1
h,计算出重力势能减少量△Ep
光电门
光电门
图3
(15分)
图1
(1)安装实验装置的操作有：
(①在斜槽末端安装光电门
②调节斜槽在竖直平面内
③调节斜槽末端水平
④将斜槽安装到底座上
其合理的顺序是
(选填“A”“B”或“C”)。(3分)
A.①②③④
B.④②③①
C.④①②③
正确答案：B
答案解析：正确步骤为将斜槽安置于底座上，先调节斜槽在竖直平面内，再调节斜槽末端水平，最后安
装光电门，故合理的顺序是：④②③①，故AC错误，B正确。
故选：B。7.5实验：验证机械能守恒定律
满分：68
班级：________ 姓名：________ 成绩：________
一、实验题（组）（共8小题,共68分）
某学习小组使用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。
把一个直径为d的小球用不可伸长的细线悬挂，光电门置于小球平衡位置处，其光线恰好通过小球球心，计时器与光电门相连。
将小球拉离平衡位置并记录其高度h,然后由静止释放（运动平面与光电门光线垂直），记录小球经过光电门的挡光时间Δt。改变h,测量多组数据。已知重力加速度为g,忽略阻力。
（6分）
(1) 以h为横坐标，_______（填“Δt”、“（Δt）2”、“”或“”）为纵坐标作直线图。若所得图像过原点，且斜率为 _______（用d和g表示），即可证明小球在运动过程中机械能守恒。（3分）
(2) 实验中，用游标卡尺测得小球直径d=20.48mm。
①由结果可知，所用的是 _______分度的游标卡尺（填“10”、“20”或“50”）；
②小组设计了一把25分度的游标卡尺，未测量时的状态如图2所示。如果用此游标卡尺测量该小球直径，则游标尺上第 _______条刻度线与主尺上的刻度线对齐。
（3分）
小明同学探究机械能守恒定律，实验装置如图1。实验时，将小钢球在斜槽上某位置A由静止释放，钢球沿斜槽通过末端O处的光电门，光电门记录下钢球的遮光时间t。用游标卡尺测出钢球的直径d,由得出其通过光电门的速度v,再计算出动能增加量。用刻度尺测得钢球下降的高度h,计算出重力势能减少量ΔEp。
（15分）
(1) 安装实验装置的操作有：
①在斜槽末端安装光电门 ②调节斜槽在竖直平面内
③调节斜槽末端水平 ④将斜槽安装到底座上
其合理的顺序是_______（选填“A”“B”或“C”）。（3分）
A.①②③④ B.④②③① C.④①②③
(2) 测量钢球直径的正确操作是图2中_______（选填“甲”或“乙”）所示的方式。
（3分）
(3) 在斜槽上5个不同的位置由静止释放钢球。测量得出的实验数据见表1。已知钢球的质量m=0.02kg,重力加速度g=9.80m/s2。请将表1的数据补充完整。
（3分）
(4) 实验数据表明，ΔEk明显小于ΔEp，钢球在下降过程中发生机械能的损失。小明认为，机械能的损失主要是由于钢球受到的摩擦力做功造成的。
为验证此猜想，小明另取一个完全相同的斜槽按图3平滑对接。若钢球从左侧斜槽上A点由静止释放，运动到右侧斜槽上，最高能到达B点，A、B两点高度差为H。则该过程中，摩擦力做功大小的理论值W理=_______（用m、g、H表示）。
（3分）
(5) 用图3的装置，按表1中所列部分高度h进行实验，测得摩擦力做功大小W测。由于观察到H值较小，小明认为，AO过程摩擦力做功近似等于AB过程的一半，即。然后通过表1的实验数据，计算出AO过程损失的机械能ΔE=ΔEp-ΔEk。整理相关数据，见表2。
表2
h/（10-2m） 4.00 5.00 6.00 7.00
ΔE/（10-3J） 2.94 3.55 4.35 4.92
Wf/（10-3J） 0.98 1.08 1.18 1.27
表2中ΔE与Wf相差明显。小明认为这是由于用近似计算Wf不合理。你是否同意他的观点？请根据表2数据简要说明理由。（3分）
如图所示，质量分别为m1和m2的两个小物块A和B分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1＞m2。现要利用此装置验证机械能守恒定律。
（6分）
(1) 若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有_______(填选项前的字母)。
A．物块的质量m1、m2 B．物块A下落的距离
C．物块A下落这段距离所用的时间 D．绳子的长度（2分）
(2) 为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出了以下建议，其中确定对提高实验结果的准确程度有用的是_______(填选项前的字母)。
A．绳的质量要轻 B．在轻质绳的前提下，绳子越长越好
C．尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃 D．两个物块的质量之差要尽可能小（2分）
(3) 写出一条上面没有提到的对提高实验结果的准确程度有益的建议：________。（2分）
实验题（6分）
(1) 在“利用重锤做自由落体运动验证机械能守恒定律”的实验中，有关重锤的质量，下列说法正确的是____。
A．应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力
B．应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动
C．不需要称量重锤的质量
D．必须称量重锤的质量（2分）
(2) 在该实验中，选定了一条较为理想的纸带，如图所示，“0”为起始点，以后纸带上所打的各点依次记为1，2，3，…，测得的x1，x2，x3，…是重锤从开始运动到各时刻的位移。已知打点计时器的打点周期为T，重锤质量为m，重力加速度为g，则当打点计时器打点“4”时，重锤动能的表达式为_____；从“0”点到“4”点的过程中重锤重力势能的减少量表达式为_____。
（4分）
如图为一种利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实验装置。 主要实验步骤如下：
① 将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平。
② 测出挡光条的宽度d。
③ 将滑块移至图示位置，测出挡光条到光电门的距离l。
④ 释放滑块，读出挡光条通过光电门的挡光时间t。
⑤ 用天平称出托盘和砝码的总质量m。
⑥ ……
回答下列问题：（8分）
(1) 在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中，系统的重力势能减少了_______。（2分）
(2) 挡光条通过光电门的速率为_______。（2分）
(3) 为验证机械能守恒定律，还需要测量的物理量是_____________。(写出物理量的名称及符号)。（2分）
(4) 若要符合机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足的关系是（2分）
如图甲为“验证机械能守恒定律”的实验装置示意图。
（9分）
(1) 为完成此实验，除了图中所示器材，还必需的器材有_______(填字母，多选) （3分）
A.刻度尺 B.秒表 C.天平 D.交流电源
(2) 实验中，下列操作正确的是_______(填字母，多选) （3分）
A.要用秒表测量时间 B.重物的质量应尽可能大些
C.先接通电源，后释放纸带 D.先释放纸带，后接通电源
(3) 如图乙是该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O点是起始点，选取纸带上连续的点A、B、C、D、E、F作为计数点，并测出各计数点到O点的距离依次为27.94cm、32.78cm、38.02cm、43.65cm、49.66cm、56.07cm。已知打点计时器所用的电源是50Hz的交流电，重物的质量为0.5kg，则从计时器打下点O到打下点D的过程中，重物减小的重力势能△EP=______J，重物增加的动能△Ek=______J，两者不相等的原因可能是________(取g=9.8m/s，计算结果保留三位有效数字)（3分）
现利用如图所示的装置“验证机械能守恒定律”。图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为10-2s、10-2s。已知滑块质量为2.00kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00cm，光电门1和2之间的距离为0.54m，g取9.80m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度。(结果均保留3位有效数字)
（10分）
(1) 滑块通过光电门1时的速度v1=______m/s，通过光电门2时的速度v2=_______m/s。（4分）
(2) 滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为________J，重力势能的减少量为_______J。（4分）
(3) 实验可以得出的结论：________。（2分）
某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，小球质量m=0.2kg。(当地重力加速度g取9.8m/s2，结果均保留3位有效数字)
（8分）
(1) 从t2到t5时间内，重力势能增量Ep=_______J，动能减少量Ek=_______J。（4分）
(2) 在误差允许的范围内，若Ep与Ek近似相等，从而验证了机械能守恒定律。由上述计算得Ep________Ek(选填“＞”“＜”或“=”)，造成这种结果的主要原因是________。（4分）
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