6.实验：探究功与速度变化的关系知识点题库

转动动能是力学中的一个重要物理量，用来表示物体因为转动而具有的能量，求表达式为E_k= $\text{[math]}$ Iω² ，其中ω表示物体绕轴或点转动的角速度，I称为物体的转动惯量，转动惯量与物体的质量、形状、转轴位置有关．如图所示是一种测量物体转动惯量的装置，待测物体装在转动架上，线的一端绕在转动架上，线与线轴垂直，轮轴的轴体半径为r，线的另一端通过定滑轮悬挂质量为m的重物，重物与纸带相连，被测物体与转动架的总转动动能表达式为 $\text{[math]}$ （I_测+I₀）ω² ，若已知转动架的转动惯量为I₀ ，不计轴承处的摩擦，不计滑轮和线的质量，细线不可拉伸．

（1）将重物由静止释放后，重物做匀加速直线运动，得到如图所示的纸带，打点计时器的打点周期为T，A，B，C，D，E为连续的五个点，OA间的距离为S₀ ， AC间的距离为S₁ ， CE间的距离为S₂ ，则点C的速度v_c=；加速度a=
（2）当打点计时器打到C点时，被测物体绕转轴运动的角速度 .
（3）被测物体的转动惯量I_测=．

回答下列问题：

（1）在实验室做力学实验时会经常用到“重物”，利用自由落体运动“验证机械能守恒定律”最合适的“重物”是（填“A”或“B”或“C”）；
（2）释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是（填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）；
（3）计算打下计数点5时纸带速度的大小为m/s（保留3位有效数字）．

某同学用如图1所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50Hz．在所选纸带上取某点为0号计数点，每两个相邻计数点间有2个点未画出，所有测量数据及其标记符号如图2所示

（1）本实验中，电磁式打点计时器所使用的电源是（填“甲”或“乙”）
甲﹣﹣电压合适的50Hz的交流电源；
乙﹣﹣电压可调的直流电源；
（2）设相邻两个计数点的时间间隔为T，则计算重力加速度的表达式为；重力加速度的计算结果是g=m/s²（结果保留3位有效数字）

在“验证机械能守恒定律”的实验中采用重物自由下落的方法。

（1）某同学列举实验中用到的实验器材为：铁架台、打点计时器及复写纸片、纸带、低压交流电源、导线、重锤、天平等仪器。其中不必要的是。
（2）实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样会导致试验结果mgh__ $\text{[math]}$ mv² （填>、=、<）
（3）如果以v²／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是下图中的，其斜率等于的数值。

物理探究小组要验证机械能守恒定律，采用如图甲装置原理，实验器材为：铁架台，约50cm不可伸长的细线，带孔的小铁球，光电门和数据采集器(连接光电门和计算机可以记录挡光的时间)，量角器，刻度尺，游标卡尺，计算机.

实验前小组成员先查阅资料得到当地的重力加速度为g，再将细线穿过小铁球，悬挂在铁架台的横杆上，在小球轨迹的最低点安装好光电门，测量摆线的长度l，摆球的直径d.再将小球拉至某高处，在摆线伸直时测量摆线偏离竖直方向的夹角θ，然后静止释放小球，记录摆球通过光电门的时间t.

（1）用50分度游标卡尺测量小球直径，刻度线如图乙(中间若干刻度线未画出)，则d＝cm.
（2）实验中可通过v=计算小球通过最低点的速度。
（3）若实验数据在误差允许范围内满足 $\text{[math]}$ =，则可得出摆球机械能守恒的结论.

用如图甲的装置验证机械能守恒定律．

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①除了图甲所示的实验器材，以及学生电源、导线和电键之外，还需要什么器材：(填“天平”、“秒表”或“刻度尺”)．

②请完成下列主要实验步骤：

A．将打点计时器接到学生电源的(填“直流”或“交流”)输出端；

B．，释放悬挂纸带的夹子，计时器打出一条纸带.

③图乙是该实验中得到的一条纸带，两个计数点间的距离数据如图，时间间隔T＝0.1 s．则D点对应的速度v_D= .(计算结果保留3位有效数字)

④由于使机械能有损失，得出的实验结果，重锤重力势能减少量ΔE_p(填“小于”、“等于”或“大于”)动能的增加量ΔE_k.

为测定物块与木板间的动摩擦因数，某课外实验小组设计了如图所示的实验装置，如图所示．实验步骤如下：

⑴某同学在实验室找到一个小正方体木块，并放置在木板上．

⑵调整木板的倾角．将弹簧（实验中的弹簧可视为轻质弹簧）的一端固定在木板上，另一端位于木板上的B点．正方体木块从木板上A点静止释放后沿木板下滑，压缩弹簧运动至C点后被弹回，上滑至D点时速度为零．

⑶测得AB间的距离为x₁ ， BC间的距离为x₂ ， BD间的距离为x₃ ．

⑷改变θ角的大小，按以上步骤重做实验，得出多组数据，利用所学规律算出物快与木板间的动摩擦因数，求其平均值．

请根据上述步骤以及所学的物理规律处理以下问题；

关于正方体木块从A下滑到B过程中的受力示意图（其中mg为木块的重力，N为斜面对木块的支持力，f为木块受到的摩擦力、F为弹簧对木块的弹力）．下图分析正确的是．

②若某次实验测得：x₁=40cm、x₂=5cm、x₃=25cm，θ=45°，则物快与木板间的动摩擦因数为

③试比较物快在上述过程中刚接触与刚离开弹簧时动能的大小，并简要说明理由．

某同学利用自由落体运动验证机械能守恒定律，它在同一竖直线上不同高度处安装两个光电门，然后在高处的光电门正上方一定距离处由静止释放小球，下落中小球球心经过两光电门的光束，光电门显示的遮光时间分别为t₁、t₂。

（1）为验证机械能守恒定律，它还必须测出的物理量有_____________

A . 小球的质量m B . 小球的直径D C . 两光电门中心的距离L D . 小球在两光电门中心间运动的时间
（2）为验证机械能守恒定律，需要比较小球在两光电门间运动时重力势能的减少量△E_p与小球增加的动能△E_k是否相等，若运用所测物理量及相关常量表示，则△E_p =；△E_k=。
（3）为减小实验误差，对选择小球的要求是。

某同学利用如图甲所示装置验证机械能守恒定律。他在打好点的纸带中挑选出一条点迹清晰的纸带，如图乙所示。把打下的第一点记作0，从0点后某个点开始，依次为1、2、3…，分别测出各个计时点到0的距离，已标在图乙中，已知打点计时器打点周期T=0.02s，当地重力加速度大小g=9.80m/s² ，回答下列问题。

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（1）通过该纸带上的数据，可得出重物下落的加速度a=m/s²。(结果保留三位有效数字)
（2）若重物的质量为0.5kg，从开始下落到打图中计时点4时，重物的机械能损失为J。(结果保留两位有效数字)
（3）在处理纸带时，测出各点的速度v后，描绘v²—h(各点到0点的距离)图像如图丙所示，若选取的重物质量较大而密度不是很大，所受空气阻力会随重物的速度增大而明显增大，则v²—h图像可能是A，B，C中的。

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 $\text{[math]}$ 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

用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图所示．

（1）关于该实验，下列说法中正确的是________．

A . 需用天平测出重物的质量 B . 必须用秒表测出重物下落的时间 C . 释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直方向 D . 释放纸带前，重物应远离打点计时器
（2）下图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个点．分别测出若干连续点A、B、C、…与O点之间的距离h₁、h₂、h₃、…，已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g，若重物质量为m，则在O到B的过程中，重物增加的动能为．
（3）实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是________．

A . 重物的质量过大 B . 重物的体积过小 C . 重物下落的距离过小 D . 重物及纸带在下落时受到阻力

某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。将刻度尺固定在铁架台的横杆上（刻度尺的零刻度线在上端），光电门固定在刻度尺的下端刻度为x₂的位置，接通光电门的电源，让一个高度为d的圆柱形重锤从光电门正上方刻度为x₁的位置由静止释放，重锤下落并穿过光电门，重锤高度相对于重锤下降的距离可忽略。

（1）某次实验中，光电门测得重锤通过光电门时的遮光时间为△t，若重锤的质量用m表示，查得当地重力加速度为g₀。则重锤由静止释放至重锤下落并穿过光电门的过程中重锤动能增加量为，重锤重力势能减小量为。
（2）改变释放重锤时重锤与光电门间的距离x，多次进行实验，记录每次实验重锤通过光电门时的遮光时间为△t，该同学想用图象处理数据，为使所得图象为一条直线，应作下列_______图象。

A . x-△t B . $\text{[math]}$ C . $\text{[math]}$ D . $\text{[math]}$
（3）若（2）问中所得图象斜率为k，可得当地重力加速度g=。将此测量值与g₀比较，若偏差不大，亦可验证小球机械能守恒。
（4）本实验因下列原因产生的误差，属于系统误差的是_______。

A . 刻度尺读数误差 B . 因忽略重锤高度而产生的误差 C . 小球下落过程受空气阻力影响产生的误差

在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地重力加速度g取9.80m/s²。某同学得到一条符合实验要求的纸带，O为打点计时器打出的第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点，测得各计数点到O点对应的长度如图所示。从O点到B点的过程中，质量为0.4kg的重物重力势能减少量△E_p=J，动能增加量△E_k=J。动能增加量小于重力势能减少量的原因可能是。（计算结果取2位有效数字）

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某实验小组做“验证机械能守恒定律”的实验中提出了如图甲、乙两种方案，甲方案利用重锺竖直下落，乙方案用重物带动小车下滑。

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（1）组内同学对两种方案进行了深入讨论分析，最终大家认为误差相对较小的是方案。
（2）如果采用甲方案，除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是______。

A . 天平（含砝码） B . 刻度尺 C . 交流电源 D . 直流电源
（3）在选定实验方案进行实验时，得到如图丙所示的一条纸带。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 $\text{[math]}$ 的距离分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，打点计时器打点的周期为 $\text{[math]}$ 。设重物的质量为m。从打 $\text{[math]}$ 点到打 $\text{[math]}$ 点的过程中，动能变化量 $\text{[math]}$ 。（用题中所给的字母表示）
（4）如果以 $\text{[math]}$ 为纵轴，以 $\text{[math]}$ 为横轴，根据实验数据绘出的图线应是图中的，其斜率等于的数值。
A． B．

C． D．

某学习小组利用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。

（1）对于该实验，下列说法正确的是______（此问有多选）

A . 重物应选用质量和密度较大的金属锤 B . 需用天平测出重物的质量 C . 可以用蓄电池给打点计时器供电 D . 打点计时器的两个限位孔应在同一竖直面内且上下对正
（2）通过配合，在正确地进行了实验操作后，该小组得到了一条如图乙所示的点迹清晰的纸带。在纸带上选取一系列连续打出的点A，B，C，D，E，F，G，测得它们之间的距离分别为h₁、h₂、h₃、h₄、h₅、h₆。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。在计算纸带上B点对应的重锤速度时，小组内的几位同学分别采用了以下几种方法进行计算，其中正确的是______；

A . v_B=gT B . v_B= $\text{[math]}$ gT C . v_B= $\text{[math]}$ D . v_B= $\text{[math]}$
（3）要验证从打B点到打F点的过程中重物的机械能守恒，则应满足的关系式为（用题中给出的字母表示）。

某同学利用图1所示的装置验证机械能守恒定律。细绳跨过固定的轻质滑轮，两端分别挂质量均为200 g的钩码A和B，钩码A上固定有一质量不计的遮光条，初始时刚好在水平地面上保持静止状态，铁架台上固定一光电门，距遮光条的高度为h。现在钩码B下方再挂一个质量相等的钩码（重力加速度g取9.8m/s²）。

（1）用游标卡尺测得遮光条的宽度d如图2所示，则d=cm。
（2）若测得遮光条的挡光时间为t=7.2×10^-4s，则钩码A通过光电门的速度v=m/s（保留2位有效数字）。
（3）测得h=0.625m，则从A开始运动，到A过光电门的过程中，系统重力势能的减少量为∆E_p=J，系统动能的增加量为∆E_k=J。
（4）该实验可得到的结论是。

某同学利用如图甲所示的气垫导轨装置验证机械能守恒定律。

实验步骤如下：

（1）先测出弹簧原长 $\text{[math]}$ ，由图乙中刻度尺和弹簧测力计的示数，可知弹簧的劲度系数k=N/m；
（2）将两个宽度均为d的挡光片固定在两个滑块a、b上，测出两滑块（含挡光片）的质量分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ；
调节气垫导轨水平，a、b中间通过细线锁定压缩的弹簧（弹簧与两滑块不拴接），测出此时弹簧的长度为L，在a、b外侧一定距离处分别固定有光电门A、B。现烧断细线，测得滑块a经过光电门A的时间为 $\text{[math]}$ ，滑块b经过光电门B的时间为 $\text{[math]}$ ，已知弹簧恢复原长时两滑块尚未运动到光电门处，弹簧的弹性势能 $\text{[math]}$ （x为弹簧的形变量），则只需等式成立，即可验证弹簧和两滑块组成的系统机械能守恒。（用题中所测物理量的符号表示）

在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器接在 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的交流电源上，自由下落的重锤质量为 $\text{[math]}$ ，选出一条理想的纸带如图所示，A、B、C为连续打出的点，取 $\text{[math]}$ ， O为始起点，则：

（1）打点计时器打B点时，重锤下落的速度 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ （保留两位有效数字）；
（2）从起点O到打下点B点的过程中，重锤的重力势能减少量 $\text{[math]}$ J，动能的增加量 $\text{[math]}$ J；（ $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 均保留三位有效数字）；
（3）由以上数据可以知道 $\text{[math]}$ 大于 $\text{[math]}$ ，其原因是。（写出一条）

用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤拖着纸带从高处由静止开始下落，打点计时器在纸带上打出一系列点，对纸带上的点迹进行测量并验证机械能守恒定律。

（1）除图中所示的装置之外，还必须使用的器材是____；（选填所列器材前的字母）

A . 直流电源、天平（含砝码） B . 直流电源、刻度尺 C . 交流电源、天平（含砝码） D . 交流电源、刻度尺
（2）实验中，下列做法正确的是____；（选填所列步骤前的字母）

A . 释放重锤前，让重锤离打点计时器远些 B . 先接通电源开关，再打开夹子释放纸带 C . 数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置 D . 数据处理时，利用公式 $\text{[math]}$ 计算重锤速度
（3）若实验操作规范，计算无误，但多次实验，发现重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，原因可能是。（写出一条即可）

如图所示为倾斜放置的气垫导轨，用来验证机械能守恒定律。已知滑块（包含遮光条）的质量为m，滑块上遮光条的宽度为b，释放前遮光条中心距光电门G中心的距离为d（d远大于b），重力加速度为g。现将滑块由静止释放，向下运动中光电门G记录了遮光条通过光电门的时间t，则

（1）滑块通过光电门G时的速度大小为；
（2）滑块由释放到通过光电门过程中的动能增量 $\text{[math]}$ ；
（3）滑块由释放到通过光电门过程中重力势能的减少量 $\text{[math]}$ （可用图中所标符号）；若两者在实验误差允许范围内满足 $\text{[math]}$ 减，则滑块在下滑过程中机械能守恒；
（4）若实验中将滑块以初速度 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 的大小未知）从相同位置释放，（选填“能”或“不能”）验证机械能守恒。

6.实验：探究功与速度变化的关系 知识点题库

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