人教版 高一 第八章 机械能守恒定律 5 实验：验证机械能守恒定律 提升练习

一、实验题

1. 难度：中等

在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4、…、n，则：

（1）如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为________、________、________，必须计算出的物理量为________、________，验证的表达式为________________.

（2）下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤前面的字母).

A.将打点计时器竖直安装在铁架台上.

B.先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落.

C.取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验.

D.将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带.

E.选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h₁、h₂、h₃、…、hn，计算出对应的瞬时速度v₁、v₂、v₃、…、v_n.

F.分别算出mv和mghn，在实验误差范围内看是否相等.

2. 难度：中等

利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示．

(1)实验步骤：

①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平．

②用游标卡尺测量挡光条的宽度l＝9.30 mm.

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x＝________cm.

④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.

⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt₁和Δt₂.

⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量m₀，再称出托盘和砝码的总质量m.

(2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式：

①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v₁＝________和v₂＝________．

②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E_k1＝________和E_k2＝________．

③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔE_p＝________(重力加速度为g)．

(3)如果ΔE_p＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．

3. 难度：简单

如图所示装置可用来验证机械能守恒定律。长度为L的轻绳一端固定在O点，另一端系一摆锤A，在A上放一个小铁片。现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向角，由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P阻挡而停止运动，这时铁片将做平抛运动而飞离摆锤，用刻度尺量出铁片的水平位移为x，下落高度为H。

(1)要验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤初始位置离最低点的高度，其高度应为________，同时还应求出摆锤在最低点时的速度，其速度应为__________。

(2)用实验中测量的物理量写出验证摆锤在运动中机械能守恒的关系式为__________。

4. 难度：中等

如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律．

对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______．

A.重物选用质量和密度较大的金属锤

B.两限位孔在同一竖直面内上下对正

C.精确测量出重物的质量

D.用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物

某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示．纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点．重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有______．

A.OA、AD和EG的长度          

B、OC、BC和CD的长度

C.BD、CF和EG的长度           

D、AC、BD和EG的长度

5. 难度：简单

某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30 Hz和40 Hz，打出纸带的一部分如图（b）所示．

该同学在实验中没有记录交流电的频率，需要用实验数据和其他条件进行推算．

（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为_________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度的大小为________.

（2）已测得=8.89cm，=9.5.cm，=10.10cm；当重力加速度大小为9.80m/，试验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%．由此推算出为________ Hz．

6. 难度：中等

利用如图所示装置做验证机械能守恒定律实验

单位：cm

(1)图中打点计时器为电火花计时器, 需要电源为____(填选项前的字母). 

A.交流电220V     B.直流电220V    C.交流电4~6V     D.直流电4~6V

(2)在实验中,已知重物质量m=1kg,在纸带上打出一系列的点,O为起点,A、B、C点均为计时点，已知相邻计时点间时间间隔为T=0.02s，如图所示,重力加速度g＝9.8 m/s²,那么从打O点到打B点的过程中:打点计时器打下计数点B时，重物的重力势能减少量ΔE_p=___J ,动能变化量ΔE_k=___J (以上两空结果均保留两位有效数字)

7. 难度：中等

利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，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点处由静止开始运动｡

(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，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时，小球和带遮光片的滑块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。

8. 难度：中等

如图甲所示，某同学用如图所示装置验证机械能守恒定律，悬线下吊着磁铁A，A下端吸着一个小铁球，B是固定挡板，测出静止时球离开地面的高度，悬点O到球的距离L，将球拉离竖直位置到某一位置，悬线拉直，用米尺测出此时球与尺的接触点离天花板的高度，释放小球，让小球与磁铁一起做圆周运动，到最低点时磁铁与挡板碰撞后小球由于惯性继续向前做平抛运动，测出小球做平抛运动的水平位移x，已知当地的重力加速度为g。

(1)磁铁与挡板碰撞前的一瞬间速度的大小为__________。

(2)要验证磁铁与小球一起运动时是否机械能守恒，只要验证等式_____________成立即可｡

(3)若实验测得重力势能的减少量总是大于动能的增加量，导致这一结果的原因可能有（写出一个原因即可）__________。

(4)改变小球开始释放的高度，记录多组释放点距天花板的高度和小球做平抛运动水平位移x，建立恰当的坐标系，在坐标纸上描点作图，得到如乙图所示的图像，根据实验原理可知图乙代表的是________。

A.图像    B.图像    C.图像    D.图像