6.实验：探究功与速度变化的关系知识点题库

在验证机械能守恒定律实验中有如图所示装置和打出的一条纸带：

（1）在此实验中，现提供以下器材：电火花打点计时器、低压交流电源、导线若干、纸带、带夹子的重物、天平、铁架台，其中一定用不到的器材是．
（2）实验过程操作无误，结果仍然为△E_p△E_k（填“等于”、“略大于”或“略小于”）．此实验的主要误差来源于
（3）若以重锤下落的高度和当地重力加速度的乘积gh为横坐标，以 $\text{[math]}$ 为纵坐标，根据纸带上的一系列点算出相关各点的速度v，量出对应下落距离h，则在下列图象中能正确反映重锤下落过程物理关系的是

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处由静止开始运动．

（1）某次实验测得倾角θ=30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为△E_k=，系统的重力势能减少量可表示为△E_p=，在误差允许的范围内，若△E_k=△E_p则可认为系统的机械能守恒；
（2）某同学改变A、B间的距离，作出的v²﹣d图象如图所示，并测得M=m，则重力加速度g=m/s² ．

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= $\text{[math]}$ 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= $\text{[math]}$ 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

在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点．如图1所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点（其他点未画出）．已知打点计时器每隔0.02s打一次点，当地的重力加速度g=9.80m/s² ．那么：

①纸带的端（选填“左”或“右”）与重物相连；

②根据图上所得的数据，应取图中O点和点来验证机械能守恒定律；

③从O点到所取点，重物重力势能减少量E_P=J，该所取点的速度大小为m/s；（结果取3位有效数字）

④如图2，一位同学按如下方法判断机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度为v，描绘v²﹣h图象，若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，该同学的判断依据（填“正确”或“不正确）

某探究小组想利用验证机械能守恒定律的装置测量当地的重力加速度，如图甲所示．框架上装有可上下移动位置的光电门1和固定不动的光电门2；框架竖直部分紧贴一刻度尺，零刻度线在上端，可以测量出两个光电门到零刻度线的距离 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ；框架水平部分用电磁铁吸住一个质量为m的小铁块，小铁块的重心所在高度恰好与刻度尺零刻度线对齐．切断电磁铁线圈中的电流时，小铁块由静止释放，当小铁块先后经过两个光电门时，与光电门连接的传感器即可测算出其速度大小 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ．小组成员多次改变光电门1的位置，得到多组 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的数据，建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出图线的斜率为k．

（1）当地的重力加速度为(用k表示)．
（2）若选择光电门2所在高度为零势能面，则小铁块经过光电门1时的机械能表达式为(用题中物理量的字母表示)．
（3）关于光电门1的位置，下面哪个做法可以减小重力加速度的测量误差（___）

A . 尽量靠近刻度尺零刻度线 B . 尽量靠近光电门2 C . 既不能太靠近刻度尺零刻度线，也不能太靠近光电门2

在“验证机械能守恒定律”实验中，

（1）下图是部分实验器材，需在图中选用的器材是_______

A . 重锤 B . 秒表 C . 打点计时器 D . 小车
（2）实验中需要直接测量的物理量是____（填字母）。

A . 重力加速度 B . 重物下落的高度 C . 重物下落的瞬时速度
（3）某同学的实验结果显示重物的动能变化量略大于重力势能变化量，出现这一问题的原因可能是____（填字母）

A . 重物的质量测量错误 B . 纸带的数据测量错误 C . 交流电源的频率小于 $\text{[math]}$ D . 重物下落时受到的阻力过大

在用落体法“验证机械能守恒定律”实验中

（1）图中释放纸带的操作正确的是.
（2）甲同学按照正确的步骤操作，利用纸带算出重物重力势能的减少量△E_p往往略大于动能的增加量△E_k ，这是因为；
（3）乙同学设计如图所示实验装置验证机械能守恒定律：通过电磁铁控制一小铁球从A点自由下落，铁球下落过程中经过光电门B时，计时器（图中未画出）记录挡光时间t，用刻度尺测出AB之间的距离h，已知小铁球的直径为d，当地重力加速度为g，当题中所给的d、t、h、g满足关系式，即可验证小铁球下落过程中机械能守恒。

在“验证机械能守恒定律”的实验中：

（1）纸带将被释放瞬间的四种情景如照片所示，其中操作最规范的是________.

A . B . C . D .
（2）实验室提供了铁架台、夹子、导线、纸带等器材。为完成此实验，除了所给的器材，从下图还必须选取的实验器材是。(填字母代号)
（3）若实验中所用重锤的质量为m，某次实验打出的一条纸带如图所示。在纸带上选取五个连续的点A、B、C、D和E，量得相邻点间的距离分别为S₁、S₂、 S₃、 S₄ ，当地的重力加速度为g.本实验所用电源的频率为f.从打下点B到打下点D的过程中，重锤重力势能减小量ΔE_p=，重锤动能增加量ΔE_k=。在误差允许的范围内，通过比较就可以验证重物下落过程中机械能是否守恒。

在利用如图所示的实验装置“验证机械能守恒定律”的实验中：

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（1）研究对象是做自由落体的重物，除下述器材：铁架台、电磁打点计时器、纸带、重物、夹子外，还要用下列器材．
（2）处理数据时，本实验需要验证 $\text{[math]}$ ，选择纸带的要求是；
（3）实验中得到一条纸带如图所示，打点周期为T，O点是打下的第一个点，当打点计时器打点C时，物体的动能表达式为E_k=，物体势能减少量大小的表达式为△E_p=．若等式成立，则验证了机械能守恒定律．

某同学采用重物自由下落的方法“验证机械能守恒定律”，如图甲所示．打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s² ，测得所用重物的质量为1.00 kg．若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离如图乙所示，那么：

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（1）纸带的（选填“左”或“右”）端与重物相连；
（2）从打下点A到打下点C的过程中重力势能的减少量ΔE_p=（结果保留两位有效数字）；
（3）猜测：动能的增加量ΔE_k最有可能势能的减少量ΔE_p（选填“>”“<”或“=”）．

小妮同学利用如图甲所示的实验装置验证系统机械能守恒。A、B是两个质量均为m的相同小球，O为穿过轻杆的固定转轴，C为固定在支架上的光电门，初始时杆处于水平状态，重力加速度为g。实验步骤如下∶

⑴用游标卡尺测得小球B的直径d如图乙所示，则d=mm；

⑵用毫米刻度尺测得AO长为l， BO长为2l；

⑶由静止释放两小球，当小球B通过光电门时，测得光线被小球挡住的时间为 $\text{[math]}$ t，则在杆由水平转至竖直的过程中两小球组成的系统增加的动能 $\text{[math]}$ E_k=，减少的重力势能 $\text{[math]}$ E_p= （用m、g、l、d、 $\text{[math]}$ t表示）。

⑷若在误差允许的范围内 $\text{[math]}$ E_k= $\text{[math]}$ E_p ，则小球A、B组成的系统机械能守恒。

探究重物下落过程中动能与重力势能相互转化问题的实验。

（1）部分实验操作步骤如下，请将步骤B补充完整。
A．按实验要求安装好实验装置；

B．使重物靠近打点计时器，接着先，后，打点计时器在纸带上打下一系列的点。
（2）图乙是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。分别测出若干点后的连续点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，重物质量为m，重力加速度为g，可得重物下落到B点的过程中，重物增加的动能，减少的重力势能为。
（3）实验的计算结果一般减少的重力势能（填写略大于或略小于）重物增加的动能，原因是。

某同学利用如图甲所示实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转化问题

实验操作步骤如下：

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A．按实验要求安装好实验装置；

B．使重物靠近打点计时器，接着先接通电源，后放开纸带，打点计时器在纸带上打下一系列的点；

C．图乙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．分别测出若干连续点A、B、C……与O点之间的距离．

（1）已知打点计时器的打点周期为T=0.02s，重物质量为m=0.200kg，重力加速度为g=9.80m/s² ，结合实验中所测得的h₁=3.14cm、h₂=5.01cm、h₃=7.06cm，可得打点计时器打B点时，重物下落的速度v_B=m/s，纸带从O点下落到B点的过程中，重物增加的动能为J，减少的重力势能为J（以上结果均保留3位有效数字）
（2）取打下O点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能E_k和重力势能E_p ，建立坐标系，横轴表示h，纵轴表示E_k和E_p ，根据测得的数据在图中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ，已求得图线Ⅰ斜率的绝对值为k₁ ，图线Ⅱ的斜率的绝对值为k₂ ，则可求出重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为(用k₁和k₂表示)．

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

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（1）已准备的器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、铁架台和带夹子的重物，此外还必需要的器材是____；

A . 直流电源 B . 交流电源 C . 天平和砝码 D . 毫米刻度尺
（2）为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的____；

A . 速度变化量与高度变化量 B . 重力做功与重力势能变化量 C . 动能变化量与势能变化量
（3）下列关于该实验的一些说法正确的是____

A . 做实验时，要先接通电源，再释放重物 B . 实验中的误差主要是由于存在空气阻力和摩擦阻力引起的 C . 若某同学通过描绘 v²-h图像研究机械能是否守恒，合理的图像应该是过原点的一条直线，并且该直线的斜率应约为9.8
（4）安装好实验装置，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示。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。设重锤质量为 m，当地重力加速度为 g，打点计时器打点周期为T。为了验证此实验过程中机械能是否守恒，应满足下面的哪个等式____（用题中所给字母表示）

A . $\text{[math]}$ B . $\text{[math]}$ C . $\text{[math]}$

某同学利用如图所示的气垫导轨装置“验证机械能守恒定律”，在气垫导轨上安装了两个光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连。

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（1）某次实验测得光电门1、2间的距离L=145.00cm，遮光条的宽度d=6.20mm，滑块和遮光条的总质量M=180g，钩码质量m=20g，遮光条通过光电门1、2的时间t₁=6.20×10^-3s、t₂=3.10×10^-3s。已知g=9.80m/s² ，则滑块从光电门1运动到光电门2的过程中系统势能的减少量△E_p=J，系统动能的增量△E_k=J。（计算结果均保留三位有效数字）
（2）实验后发现，系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能，原因是。

如图甲所示是验证机械能守恒的实验装置。

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（1）下列有关该实验操作说法正确的是_______；

A . 需称量重锤的质量 B . 重锤可选用质量较小的木锤 C . 打点计时器的限位孔要处在同一竖直平面内以减小阻力 D . 重锤要尽量靠近打点计时器
（2）已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查的当地重力加速度g=9.8m/s²。某同学选择了一条较理想的纸带，如图乙所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、分别是连续选取的三个计数点，测得重锤的质量为m=0.5kg，根据以上数据，可知重锤由O点运动到B点过程，重力势能的减小量为J，动能的增加量为J。（计算结果均保留两位有效数字）
（3）若测出纸带上各点到O点之间的距离h，根据纸带算出各点的速度v，以v²为纵轴，h为横轴，作出的图像如图丙所示，图像未过坐标原点的原因_______；

A . 先释放纸带后接通电源 B . 重锤和纸带在下落过程中受到的阻力较大 C . 实验时电源的实际频率大于50Hz

用如图所示实验装置验证m₁、m₂组成的系统机械能守恒。m₂从高处由静止开始下落，m₁上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。下图给出的是实验中获得的一条纸带：0是打下的第一个点，电源频率50Hz，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知m₁= 50g，m₂= 150g，则：（结果保留两位有效数字）

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（1）从打下第0点到打下第5点的过程中系统动能的增量ΔE_k= J，系统势能的减少量ΔE_p= J；（当地的重力加速度g取10m/s²）；
（2）若某同学作出 $\text{[math]}$ -h图象如图所示，则当地的重力加速度g= m/s²。

小王同学利用图1所示装置完成“验证机械能守恒定律”实验。

（1）除带夹子的重物、纸带、铁架台、电火花打点计时器，在下列器材中，还必须选择的器材是_______（填器材前字母）

A . 学生电源 B . 钩码 C . 天平（含砝码） D . 秒表 E . 弹簧秤 F . 刻度尺
（2）实验中，下列操作合理的是___________

A . 安装打点计时器时，保证计时器两限位孔在同一竖直线上 B . 为避免损坏仪器，静止释放时，用手托住重物 C . 只能选择前两点距离约为2mm的纸带处理数据 D . 处理纸带时，每5个点取一个计数点为宜
（3）实验中，正确操作后得到如图2所示的一条纸带，已知打点计时器频率为50Hz，A、B、C为3个连续的点，测得它们到O的距离分别为h_A=22.24cm、h_B=26.56cm、h_C=31.23cm，打下B点时重物的速度为m/s（结果保留3位有效数字）；重物的运动方向是（选填“O到C”或“C到O”）

某探究小组想利用验证机械能守恒定律的装置测量当地的重力加速度，如图（甲）所示。框架上装有可上下移动位置的光电门1和固定不动的光电门2；框架竖直部分紧贴一刻度尺，零刻度线在上端，可以测量出两个光电门到零刻度线的距离；框架水平部分用电磁铁吸住一个质量为m的小钢球，小钢球的重心所在高度恰好与刻度尺零刻度线对齐。切断电磁铁线圈中的电流时，小钢球由静止释放，当小钢球先后经过两个光电门时，与光电门连接的传感器即可测算出其速度大小 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 。小组成员保证光电门2的位置不变，多次改变光电门1的位置，得到多组 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的数据，建立如图（乙）所示的坐标系并描点连线，得出图线的斜率为k。

（1）用20分度的游标卡尺测量小钢球的直径，如图（丙）所示，该小钢球的直径是mm；
（2）下面关于减小重力加速度的测量误差的说法中正确的是______；

A . 光电门1的位置尽可能靠近刻度尺零刻度 B . 光电门1的位置不能太靠近光电门2 C . 换用大小相同但密度较小的小塑料球完成此实验，对测量结果没有影响
（3）当地的重力加速度为（用k表示）；
（4）撤掉光电门1，也能测出当地的重力加速度。考虑到切断电流时电磁铁线圈中的磁性不能马上消失，利用 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的数据测出的当地重力加速度比原方案相比（选填“偏大”、“偏小”、“相等”）。

某实验小组用重物下落验证机械能守恒定律。

（1）下图是四位同学释放纸带瞬间的照片，实验操作最合理的是。
（2）选出一条清晰的纸带如图所示， $\text{[math]}$ 点为打点计时器打下的第一个点， $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 为三个计数点，在 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 之间还各有一个点，重锤的质量 $\text{[math]}$ ，打点计时器工作频率 $\text{[math]}$ ，当地的重力加速度 $\text{[math]}$ 取 $\text{[math]}$ ，从打下 $\text{[math]}$ 点到打下 $\text{[math]}$ 点过程中重锤动能增加量 $\text{[math]}$ J，重力势能减少量 $\text{[math]}$ J。（结果均保留三位有效数字）
（3）根据（2）所得数据可以得到实验结论：。

6.实验：探究功与速度变化的关系 知识点题库

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