6.实验：探究功与速度变化的关系知识点题库

在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图．其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位cm）．

（1）这三个数据中不符合有效数字读数要求的是段，应记作cm．
（2）该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s² ，他用AC 段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重锤重力势能的减少量为，而动能的增加量为，（均保留3位有效数字，重锤质量用m表示）．这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量（填大于、小于或等于）动能的增加量，原因是．

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．

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

（1）实验中使用的电源频率是50Hz，则纸带上打出的相邻两点的时间间隔为s．
（2）在实际测量中，重物减小的重力势能通常会（选填“略大于”、“等于”或“略小于”）增加的动能．

在利用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中：

（1）下面列举了该实验的几个操作步骤，期中多余或不正确的操作是；

A . 按照图1所示的装置安装器件 B . 用天平测量重物和夹子的质量m C . 将电磁式打点计时器接到“220V”交流电源上 D . 先释放纸带后再接通电源打出一条纸带，重复多次 E . 选择一条理想的纸带，对其进行测量
（2）如图2所示是实验中测得的一条纸带，各点距O点的距离分别为d₁ ， d₂ ， d₃ ， …，各相邻点间的时间间隔为T，当地重力加速度为g，则B点的速度表达式为v_B=；
（3）若将B点和D点的速度用v_B、v_D表示，要验证重物从B点运动到D点的过程中机械能守恒，则需满足关系．
（4）实验发现重物减少的重力势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的原因是：．

如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验．有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H（H＞＞d），光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g．则：

（1）如图乙所示，用20分度的游标卡尺测得小球的直径d=cm．
（2）多次改变高度H，重复上述实验，作出 $\text{[math]}$ 随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t₀、H₀和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：（用t₀、H₀、g、d表示，四个量均取国际单位）时，可判断小球下落过程中机械能守恒．
（3）实验中发现动能增加量△E_K总是稍小于重力势能减少量△E_P ，增加下落高度后，则△E_p﹣△E_k将（选填“增加”、“减小”或“不变”）．

在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s² ，测得所用重物的质量为1.00kg．

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到第一个点的距离如图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s），那么：

（1）纸带的端与重物相连；
（2）打点计时器打下计数点B时，物体的速度v_B=；
（3）从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是△E_p=，此过程中物体动能的增加量△E_k=（取g=9.8m/s²）；
（4）通过计算，数值上△E_p△E_k（填“＞”“=”或“＜”=，这是因为；
（5）实验的结论是．

在验证机械能守恒定律的实验中，质量为0.20kg的重物拖着纸带自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示．已知相邻计数点间的时间间隔为0.02秒，当地的重力加速度为9.80m/s² ，回答以下问题．

（1）纸带的（选填“左”或“右”）端与重物相连；
（2）打点计时器应接（选填“直流”或“交流”）电源，实验时应先（填“释放纸带”或“接通电源”）；
（3）从起点P到打下计数点B的过程中物体的重力势能减少量△E_p=J，此过程中物体动能的增加量△E_k=J；（结果保留3位有效数字）

用如图甲的器材做验证机械能守恒定律的实验，让质量为1. 00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点。图乙为选取的一条符合实验要求的纸带，在纸带上选取三个连续的点A、B、C，其中O为重锤开始下落时记录的点，各点到O点的距离如图所示。已知当地的重力加速度g=9. 8m/s² ，实验使用的计时器每隔0. 02s打一个点。（计算结果保留3位有效数字）

图片_x0020_100014

（1）打下B点时，重物的速度值为m/s；
（2）从O点到B点，重物重力势能的减少量为J，动能的增加量为J；
（3）实验结果发现动能的增加量总略小于重力势能的减少量，其原因。

某同学用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验：

图片_x0020_100008

①下列关于实验的器材或操作的说法，正确的是；

A．为防止伤害，重物采用一塑料小球即可

B．计时器两限位孔要竖直正对，这样可以有效减小摩擦

C．实验中必须测量重物的质量

D．实验前，图中手提纸带的位置应该下移到紧挨着计时器

②该同学进行了正确的操作后从打出的几条纸带中选出一条理想纸带，如图所示。他选择了纸带上的第一个点作为起始点 $\text{[math]}$ ，再选取几个连续点 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ …，并测出点 $\text{[math]}$ 间的距离为 $\text{[math]}$ ，点 $\text{[math]}$ 间的距离为 $\text{[math]}$ 。若已知计时器所接电源的频率为 $\text{[math]}$ ，重物的质量为 $\text{[math]}$ ，则打 $\text{[math]}$ 点时，重物的动能为；

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③为减小误差，该同学想用图像法处理数据，为此他用正确的处理方法依次得出了 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ …各点的瞬时速度，测出了 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ …各点到 $\text{[math]}$ 点的距离 $\text{[math]}$ ，建立坐标系后，通过描点做出了图像，并通过证明图像的斜率是否等于 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 为当地重力加速度）来验证机械能是否守恒。他做出的图像是。

A．图片_x0020_100010 B．图片_x0020_100011

C．图片_x0020_100012 D．图片_x0020_100013

某实验小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律及求得当地的重力加速度。实验装置如图甲所示。气垫导轨水平固定在水平桌面上，导轨A点处有一带遮光条的滑块，其总质量为M，遮光条的宽度为d，左端通过跨过轻质光滑定滑轮的细线与一质量为m的钩码相连，连接滑块的细线与导轨平行，导轨上B点处固定一光电门，可以测得遮光条经过光电门时的挡光时间t，遮光条到光电门的距离为L（L小于钩码到地面的距离），已知当地重力加速度为g。

图片_x0020_100012

（1）若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A点运动至光电门的过程中，滑块、遮光条与钩码组成的系统重力势能的减少量可表示为，动能的增加量可表示为。若代入测量数据在误差允许的范围内相等，则验证了系统机械能守恒。
（2）若某同学实验中测得遮光条的宽度d＝0.50 cm，m＝50 g，M＝150 g，多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A点）由静止开始滑动，测量相应的L与t值，作出 $\text{[math]}$ 图象如图乙所示，则当地的重力加速度g＝m／s²。

图甲为验证机械能守恒定律的实验装置，通过电磁铁控制的小铁球从A处自由下落，毫秒计时器(图中未画出)记录下小铁球经过光电门B的挡光时间t，小铁球的直径为d，用 $\text{[math]}$ 作为球经过光电门时的速度，重力加速度为g。

（1）用游标卡尺测得小铁球的直径d如图乙所示，则d＝mm；
（2）实验中还需要测量的物理量是________；

A . A距地面的高度H B . A,B之间的高度h C . 小铁球从A下落到B的时间t_AB
（3）要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式是否成立即可(用实验中测得物理量的符号表示)；
（4）某实验小组测得小球动能的增加量ΔE_k总是稍大于重力势能的减少量ΔE_p ，原因可能是。(写出一个即可)

（1）光电门两侧的光电孔内分别安装了红外线的发光管和接收管，当挡光片经过光电门时，光电门记下挡光时间Δt。若挡光片的宽度为d，则挡光片经过光电门的平均速度为，这个速度可以被看做瞬时速度的条件是。
（2）在“用DIS研究机械能守恒定律”的实验中，光电门用来测量摆锤经过不同位置的瞬时速度，实验装置如图（a）所示。

①关于在这个实验中光电门的使用，下列说法正确的是

A．调节摆线长，使摆锤摆动时摆线能通过光电孔

B．测量中，光电门始终固定在某个确定的位置

C．摆锤释放器的位置要随光电门的位置变化而作相应的调整

D．每次改变光电门的位置，要用测平器使光电门的光电孔与所测点位于同一水平线

②在某次实验数据基础上，作出的摆锤在下摆过程中动能、重力势能随高度h变化的图像如图（b）所示，则其中（选填“I”或“II”）是摆锤动能随高度h变化的图线，该图线斜率大小等于。

某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。实验器材有：金属小球，底座，带有标尺的竖直杆，两套光电计时器A和B，小球释放器，小球接收器。

图片_x0020_100012

（1）使用游标卡尺测量小球的直径如图乙所示，则小球直径d为 $\text{[math]}$ 。
（2）该实验测出小球的质量（填写“需要”或“不需要”）。
（3）某次实验时测得小球分别经过光电门A与光电门B所用的时间为 $\text{[math]}$ ，若小球质量为 $\text{[math]}$ ，小球直径为d，重力加速度为g。则小球通过光电门B的速度为，从竖直杆上读出两光电门到释放点的距离分别为h_A、h_B ，请写出需要验证的表达式。

在“验证机械能守恒定律”的实验中。某同学安装好如图所示的实验装置，已知重锤质量 $\text{[math]}$ ，打点计时器工作频率为 $\text{[math]}$ 。

（1）指出上图中操作或安装不合理的地方，至少写出一处；
（2）该同学进行正确操作后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图所示。其中O点为起始点，A，B、C、D、E、F为六个计数点。根据图乙所得的数据，取图中O点到D点来验证机械能守恒定律，动能增加量 $\text{[math]}$ J；（结果保留三位有效数字）
（3）该同学根据纸带算出了相应点的速度，利用描点法作出的 $\text{[math]}$ 图像如图所示，则根据图像可以判断出重物下落过程中机械能守恒的依据是______。

A . $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 成正比 B . 图像的斜率是否与g接近 C . 图像的斜率是否与2g接近

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6 V的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律，已知重力加速度为g。

（1）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端上

C ．用天平测量出重锤的质量

D ．先释放悬挂纸带的夹子，然后接通电源开关打出一条纸带

E .测量打出的纸带上某些点之间的距离

F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能在误差范围内是否等于增加的动能

其中没有必要或操作不恰当的步骤是（填写选项对应的字母）。
（2）如图所示是实验中得到一条纸带，将起始点记为O，并在离O点较远的任意点依次选取6个连续的点，分别记为A、B、C、D、E、F，量出各点与O点的距离分别为h₁、h₂、h₃、h₄、h₅、h₆ ，使用交流电的周期为T，设重锤质量为m，则在打E点时重锤的动能为，在打O点和E点这段时间内的重力势能的减少量为。
（3）在本实验中发现，重锤减少的重力势能总是（填“大于”或“小于”）重锤增加的动能，主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，为了测定阻力大小，可算出(2)问中纸带各点对应的速度，分别记为v₁至v₆。并作v_n²—h_n图像，如图所示，直线斜率为k，则可测出阻力大小为。

某同学利用如图所示装置验证机械能守恒定律，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。

⑴装置安装完毕后，该同学先接通打点计时器，紧接着释放纸带进行实验。重复该步骤两次，然后在打出的纸带中选取一条点迹清晰的纸带。

⑵该同学选取的纸带如图所示，在纸带上间距较大处开始每隔三个计时点取一个计数点，标记为1、2、3、4、5、6，测出相邻两个计数点的间距，分别表示为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 。已知重物质量为 $\text{[math]}$ ，当地重力加速度为 $\text{[math]}$ ，计时器打点频率末知。为了验证此实验从打计数点2到打计数点5的过程中机械能守恒，需要计算出此过程中重物重力势能的减少量 $\text{[math]}$ 和动能的增加量 $\text{[math]}$ ，则 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。（设交流电频率为 $\text{[math]}$ ，答案用符号表示）

⑶若本题中测得 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，不考虑任何阻力，则本题中所用的交流电频率为 $\text{[math]}$ 。

某同学用如图甲所示的装置做验证机械能守恒定律实验．A、B、C三个物块用绕过定滑轮的细线连接，物块A上装有遮光片，物块A和遮光片的总质量与物块B的质量均为 $\text{[math]}$ ，物块C的质量为 $\text{[math]}$ ，用手固定物块A，此时物块A、C离地面的高度都为h，遮光片到光电门的高度为L， $\text{[math]}$ 间的距离也为L，L大于h，当地的重力加速度为g，物块C触地后不反弹。

（1）实验前，先用游标卡尺测出遮光片的宽度，示数如图乙所示则遮光片的宽度 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。
（2）由静止释放物块A，当物块A通过光电门时，遮光片遮光时间为t，则物块A通过光电门时的速度为 $\text{[math]}$ （用测得的和已知的物理量符号表示）；当表达式（用测得的和已知的物理量符号表示）成立，则机械能守恒定律得到验证。
（3）实验中由于空气阻力的影响，实验结果存在着（填“系统”或“偶然”）误差。

验证机械能守恒定律装置示意图如图所示。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，左端由跨过定滑轮的轻质细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点处有一光电门，可以测出遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到导轨底端C点的距离，s表示A、B两点间的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，可以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。重力加速度为g，不考虑各处摩擦对实验的影响，将滑块自A点由静止释放，发现滑块沿导轨加速滑下。

（1）滑块通过光电门时的速度v=（用题目中给出的字母表示）
（2）在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统的重力势能减小量可表示为。其动能的增加量可表示为。（用题目中给出的字母表示）
（3）根据上述实验方法，测得h=15cm，d=30cm，并多次改变A、B间的距离，测得滑块到B点时对应的速度v，作出的v²-s图像如图所示，已知重力加速度g取9.80m/s² ，则M=m。

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：

A．将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平；

B．测出挡光条的宽度d；

C．将滑块移至图示位置，测出挡光条到光电门的距离l；

D．释放滑块，读出挡光条通过光电门的挡光时间t；

E．用天平称出托盘和砝码的总质量m；

F．……

请回答下面的问题：

（1）挡光条通过光电门的速率为（用物理量符号表示）
（2）滑块从静止释放，运动到光电门的过程中，系统的重力势能减少了（用物理量符号表示）
（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）
（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；
（5）选用不同的l，测出对应的t，能直观反映系统机械能守恒的图像是____。

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

某同学用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验，其中重物的质量为0.2kg，交流电的频率为50Hz。

（1）为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时应选择密度（填“大”或“小”）的。
（2）让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示。O点为第一个点，A、B、C和D为4个连续的点。从刻度尺读得： $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ cm。
（3）已知当地重力加速度g取 $\text{[math]}$ ，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值 $\text{[math]}$ J、C点的动能 $\text{[math]}$ J（计算结果均保留三位有效数字）。比较 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 的大小，出现这一结果的原因可能是。（选序号）
A．工作电压偏高
B．存在空气阻力和摩擦力
C．接通电源前释放了纸带

6.实验：探究功与速度变化的关系 知识点题库

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