6.实验：探究功与速度变化的关系知识点题库

实验小组利用光电计时器验证物块沿斜面下滑过程中机械能守恒，装置如图甲．让小物块从斜面顶端滑下，若测得小物块通过A，B光电门时的速度为v₁和v₂ ， AB之间的距离为L，斜面的倾角为α，重力加速度为g．

①若实验数据满足关系式，则验证了物块沿斜面下滑过程机械能守恒．

②本实验的误差主要来源于斜面对物块的而造成物块机械能的损失．

采用重物自由下落的方法“验证机械能守恒定律”．

（1）实验时，打点计时器每隔0.02s打一个点，对纸带上起始点的要求是初速度为零，为达到此目的，所选择的纸带第一、二两点间距应接近．
（2）图2为实验中打出的一条纸带，O为打出的第一点，A、B、C为从合适位置开始选取三个连续点（其他点未画出）．若重物的质量为0.5kg，当地重力加速度g=9.8m/s² ，由图乙所给的数据可算出（保留两位有效数字）
①从O点下落到B点的过程中，重力势能的减少量为J．
②打B点重物的动能为J．
③指出造成第（2）问中①②计算结果不等的主要原因是.
（3）根据纸带算出相关各点的速度υ，量出下落的距离h，则以 $\text{[math]}$ 为纵轴，以h为横轴画出的图线应是图3中的 .

根据所学知识填空：

（1）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
（2）在用电火花计时器（或电磁打点计时器）研究匀变速直线运动的实验中，某同学打出了一条纸带．已知计时器打点的时间间隔为0.02s，他按打点先后顺序每5个点取1个计数点，得到了O、A、B、C、D等几个计数点，如图所示，则相邻两个计数点之间的时间间隔为s．用刻度尺量得OA=1.50cm、AB=1.90cm、BC=2.30cm、CD=2.70cm．由此可知，纸带做运动（选填“匀加速”或“匀减速”），打C点时纸带的速度大小为m/s．

用图1实验装置探究重锤下落过程中动能与重力势能的转化问题．

⑴图2为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点．分别测出若干连续打点A、B、C…与 O点之间的距离h₁、h₂、h₃…．

⑵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，结合实验中所测的h₁、h₂、h₃ ，可得重锤下落到B点时的速度大小为，纸带从O点下落到B点的过程中，重锤增加的动能为，减小的重力势能为，在误差允许范围内重锤动能增加量重力势能减少量（填写“大于”、“等于”或“小于”）．

如图所示的装置叫做阿特伍德机，是阿特伍德（GAtwood1746﹣1807）创造的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．绳子两端的物体下落（上升）的加速度总是小于自由落体的加速度g，同自由落体相比，下落相同的高度，所花费的时间要长，这使得实验者有足够的时间从容的观测、研究．物体A、B的质量相等均为M，物体C的质量为m，轻绳与轻滑轮间的摩擦不计，绳子不可伸长，如果m= $\text{[math]}$ M，求：

（1）物体B从静止开始下落一段距离的时间是自由落体下落同样的距离所用时间的几倍？
（2）物体C对B的拉力等于多少？（用M表示）

某同学用“验证机械能守恒定律”的实验装置测定当地重力加速度．

（1）接通电源释放重物时，装置如图甲所示，该同学操作中存在明显不当的一处是；
（2）该同学经正确操作后得到如图乙所示的纸带，取连续的六个打点A、B、C、D、E、F为计数点，测得点A到B、C、D、E、F的距离分别为h₁、h₂、h₃、h₄、h₅ ．若电源的频率为f，则打E点时重物速度的表达式为v_E=；
（3）分别计算出各计数点对应的速度值，并在画出速度的二次方（v²）与距离（h）的关系图线如图丙所示，则测得的重力加速度大小为m/s² ．（保留3位有效数字）

利气垫导轨验证机械能守恒定律．实验装示意图如图1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1m，将导轨调至水平．
②用游标卡尺测量挡光条的宽度L，结果如图所示，由此读出L=mm．
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x
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△t₁和△t₂ ．
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m．
（2）用表示直接测量量的字写出下列所求物理量的表达式：
①当滑块通过光电门1和光电门2时，系统（包括滑块、挡光条、托盘和码）的总动能分别为E_k1=和E_k2=．
②如果表达式成立，则可认为验证了机械能守恒定律．

在“验证机械能守恒定律”的实验中，根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v²为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是下图中的（）

A .

B .

C .

D .

小杰同学进行“验证机械能守恒定律”实验，采用如图甲装置。

（1）除了图甲所示装置中的器材之外，还必须从图乙中选取实验器材
（2）根据图丙的纸带分析计算，可知打点计时器打下点5时纸带速度的大小为 $\text{[math]}$ 。(打点计时器所接电源频率为 $\text{[math]}$ ，保留3位有效数字)
（3）若实验数据处理结果是从点0到点5，该过程中动能的增加量略小于重力势能的减少量，原因可能是。

“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图示的甲或乙方案来进行。

（1）比较这两种方案，（填“甲”或“乙”）方案好些。
（2）在“验证机械能守恒定律”的实验中，直接测量的物理量是（_______）

A . 重力加速度 B . 重物下落的高度 C . 重物下落的瞬时速度 D . 重物下落的平均速度
（3）在进行“验证机械能守恒定律”的实验时，应（_______）

A . 先释放纸带，再接通电源 B . 用手托住重物由静止释放 C . 根据 $\text{[math]}$ 计算重物在t时刻的速度 D . 使重物下落的起始位置靠近打点计时器

如图，在用电磁打点计时器“验证机械能守恒定律”实验中

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（1）下列做法中，正确的有______

A . 必需使用天平测出重物的质量 B . 必需使用秒表测出重物下落的时间 C . 实验时应选择体积小质量大的重物 D . 实验时应先松开纸带再接通打点计时器电源 E . 纸带应理顺，穿过限位孔并保持竖直
（2）图是实验中测得的一条纸带，O点为重物下落的起始点，A、B、C、D为O点后连续打出的点，图示数据为各点距O点的距离，A、B、C、D四点打点时间间隔为0.02s。若测得重锤的质量为1kg，则重锤从O点下落至C点的过程中，取g=9.8m/s² ，动能增加量△E_k=J，重力势能减少量E_p=J．（结果均保留三位有效数字）
（3）根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以v²/2为纵轴，以h为横轴画出的图象应是图中的______

A . B . C . D .

在用重锤下落来验证机械能守恒时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示，其中O是起始点，A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点，打点频率为50 Hz。该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离，并记录在图中（单位：cm）

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（1）这五个数据中不符合读数要求的是哪一段。（填OA、OB、OC、OD或OE）
（2）从下列器材中选出实验所必须的器材，其编号为________。（多选、漏选均不得分）

A . 打点计时器（包括纸带） B . 重锤 C . 天平 D . 毫米刻度尺 E . 秒表 F . 运动小车
（3）实验中纸带的端与重物相连(填“O”或“E”)。
（4）某同学用重锤在OD段的运动来验证机械能守恒，OD距离用h来表示，他用v_D= $\text{[math]}$ 计算与D点对应的重锤的瞬时速度，得到动能的增加量，这种做法。（填“对”或“不对”）
（5）在验证机械能守恒定律时，如果以 $\text{[math]}$ 为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的 $\text{[math]}$ 图象应是一条直线能验证机械能守恒定律，图线的斜率表示。
（6）若重锤质量m=200g，重力加速度g=9.80 m/s² ，由图中给出的数据，可得出从O点到打下D点，重锤重力势能的减少量为 J，而动能的增加量为 J（均保留三位有效数字）。
（7）实验中，动能的增加量小于重力势能的减少量，其主要原因是。

利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。

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（1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是_____。（填写选项前字母）

A . 交流电源 B . 刻度尺 C . 天平（含砝码）
（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h_A、h_B、h_C_。

已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，从O点到B点的过程中，重物的重力势能的减少量ΔE_P=，动能的变化量ΔE_K=（用题目中的已知量表示）
（3）关于计算瞬时速度的方法，有同学认为可以用公式v_B= $\text{[math]}$ 算B点的速度，你赞同吗？请表明你的观点及支持你观点的依据。

利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。

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（1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、打点计时器、刻度尺、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是___________；

A . 交流电源 B . 直流电源 C . 天平（含砝码）
（2）使用打点计时器的方法正确的是___________；

A . 先释放重物再接通打点计时器的电源 B . 先接通打点计时器的电源再释放重物
（3）由于存在空气阻力和摩擦阻力的影响，比较重物下落过程中任意两点间的动能增加量与势能减少量时会发现 $\text{[math]}$ ___________ $\text{[math]}$ ；

A . 大于 B . 等于 C . 小于
（4）实验时，某同学用刻度尺测出重物下落高度h，并根据 $\text{[math]}$ 计算出该时刻的速度v，这种计算速度的方法在本实验中（填“正确”或“不正确”）。原因是。

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，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表：（当地重力加速度取9.8m/s² ，小球质量m=0.2kg，结果保留3位有效数字）

时刻	t₂	t₃	t₄	t₅
速度（m/s）	4.99	4.48	3.98

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（1）由频闪照片上的数据计算t₅时刻小球的速度v₅=m/s；
（2）从t₂到t₅时间内，重力势能增量 $\text{[math]}$ =J，动能减少量 $\text{[math]}$ =J；
（3）在误差允许的范围内，若 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 近似相等，即可验证了机械能守恒定律。由上述计算得 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ （选填“>”“<”或“=”），造成这种结果的主要原因是：。

（1）物理实验小组在做验证机械能守恒定律的实验。若所用电源的周期为T，该小组经正确操作得到如图所示的纸带，O点为打点计时器打下的第一点。分别测出连续点A、B、C与O点之间的距离h₁、h₂、h₃ ，重物质量为m，重力加速度为g。根据以上数据可知，从O点到B点，重物的重力势能的减少量等于，动能的增加量等于（用所给的符号表示）；
（2）实验小组发现即使在实验操作规范、数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验求得的 $\text{[math]}$ 也略大于 $\text{[math]}$ ，该误差产生的主要原因是______。

A . 重物下落的实际距离大于测量值 B . 重物质量选用得大了，造成的误差 C . 重物在下落的过程中，由于阻力造成的误差 D . 先释放纸带后开动计时器造成的误差

我们利用重锤的自由下落来研究机械能守恒，装置如图所示，则以下说法正确的是（）

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A . 保持打点计时器限位孔竖直以减小它和纸带之间的阻力 B . 验证机械能守恒时所选纸带都必须从所打第一个点开始计数 C . 实验不需要测量物体质量，所以重锤可以用小泡沫球代替 D . 利用本实验装置还可以测定当地重力加速度

用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为 $\text{[math]}$ 的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量验证机械能守恒定律：

（1）在固定打点计时器时，应将其平面处于平面内（选填“竖直”或“水平”）。
（2）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A ．按照图示的装置安装器件；

B ．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；

C ．用秒表测出重锤下落的时间；

D ．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；

E ．测量纸带上某些点间的距离；

F ．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。

其中没有必要进行的或操作不当的步骤是。（将其选项对应的字母填在横线处）
（3）已知打点计时器所用电源的频率为 $\text{[math]}$ 。查得当地的重力加速度 $\text{[math]}$ 。测得所用重物的质量为 $\text{[math]}$ 。实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作 $\text{[math]}$ ，每两个计数点之间有四点未画出，另选连续的3个计数点A、B、C作为测量的点，如图所示。经测量知道A、B、C各点到 $\text{[math]}$ 点的距离分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 。根据以上数据，计算出重物由 $\text{[math]}$ 点运动到 $\text{[math]}$ 点，重力势能减少了 $\text{[math]}$ ，动能增加了 $\text{[math]}$ （保留3位有效数字）。
（4）大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，原因是__________。

A . 利用公式 $\text{[math]}$ 计算重物速度 B . 利用公式 $\text{[math]}$ 计算重物速度 C . 没有采用多次实验取平均值的方法 D . 存在空气阻力和摩擦阻力的影响

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，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如表。（当地重力加速度取9.8m/s² ，小球质量m=0.2kg，结果保留三位有效数字）

时刻	t₂	t₃	t₄	t₅
速度（m/s）	4.99	4.48	3.98

（1）由频闪照片上的数据计算t₅时刻小球的速度v₅=m/s。
（2）从t₂到t₅时间内，重力势能增加量ΔE_p=J，动能减少量ΔE_k=J。
（3）在误差允许的范围内，若ΔE_p与ΔE_k近似相等，即可验证机械能守恒定律。由上述计算得ΔE_p<ΔE_k ，造成这种结果的主要原因是。

图甲是“验证机械能守恒定律”的实验装置。

（1）现有实验器材如下：铁架台、带夹子的重锤、电磁打点计时器、纸带等，为了完成该实验，还需要的实验器材有___________（填正确答案标号）。

A . $\text{[math]}$ 交流电源 B . $\text{[math]}$ 交流电源 C . 天平 D . 刻度尺
（2）关于该实验，下列说法正确的是___________（填正确答纸带夹方形案标号）。

A . 安装打点计时器时必须让其两限位孔在同一竖直面上 B . 应用手托住重锤由静止释放方形固定卡 C . 实验时，应先放开纸带，再接通打点计时器的电源 D . 应选用体积小、密度大的重锤进行实验
（3）某同学按照正确的实验操作后选出一条清晰的纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个连续打出的计时点，打点计时器打点的周期为T。实验测得A、B、C三点到O点的距离分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，重力加速度为g，则在打点计时器打下O点到B点的过程中，若等式成立，则说明重锤下落过程中机械能守恒（用题中所给字母符号表示）。
（4）某同学利用他自己实验时打出的纸带测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度，然后以h为横轴、以 $\text{[math]}$ 为纵轴作出了如图丙所示的图线，则图线的斜率表示，图线未过原点O的原因是（写出一条即可）。

6.实验：探究功与速度变化的关系 知识点题库

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