验证机械能守恒定律知识点题库

某实验小组利用如图所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．

（1）某同学用游标卡尺测得遮光条（如图）的宽度d=cm；
（2）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门所花时间为△t=1.2×10^﹣2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为（用游标卡尺的测量结果计算）m/s．
（3）在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、（用文字说明并用相应的字母表示）．
（4）本实验，通过比较和在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒．

在验证机械能守恒定律的实验中，质量 m=1kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，O点为打的第一个点，如图所示，相邻记数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取9.8m/s² ，结果均保留三位有效数字。

求：

（1）打点计时器打下记数点B时，物体的速度V_B=m/s
（2）从点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能的减小量ΔE_P=J ，动能的增加量ΔE_K=J
（3）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ΔE_P也一定略大于ΔE_K ，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因。

像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间 $\text{[math]}$ 如图乙所示，气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦 $\text{[math]}$ 某实验小组利用如图乙所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒 $\text{[math]}$ 实验前要调整气垫导轨底座使之水平，用游标卡尺测得遮光条的宽度为d，实验时滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间 $\text{[math]}$

（1）某同学用游标卡尺测得遮光条 $\text{[math]}$ 图丙 $\text{[math]}$ 的宽度 $\text{[math]}$ cm
（2）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门所花时间为 $\text{[math]}$ ，则滑块经过光电门时的瞬时速度为 $\text{[math]}$ 用游标卡尺的测量结果计算 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ．
（3）在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、和 $\text{[math]}$ 用文字说明并用相应的字母表示 $\text{[math]}$ ．
（4）本实验，通过比较和在实验误差允许的范围内相等 $\text{[math]}$ 用测量的物理量符号表示 $\text{[math]}$ ，从而验证了系统的机械能守恒．

在“验证机械能守恒定律”的实验中，将夹有纸带的重锤由静止释放，所打纸带如图所示。并以起点为计数点 O，后隔一段距离，取连续点为计数点 A、B、C、D、E、F，已知重锤质量为 0.40kg，打点计时器所用电源的频率为 50Hz，（取重力加速度 g=9.8m/s² ，计算结果保留三位有效数字）。

（1）如图，在释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是（填“甲”、“乙”、“丙” 或“丁”）；
（2） D 点的读数为（）cm，打点计时器打 E 点时，重锤下落的速度 v_E为（）m/s;
（3）对应于从 O 点到 E 点，重锤重力势能的减少量为J. 由于阻力的影响，重锤增加的动能ΔE_K 与减少的重力势能ΔE_P 的大小关系为ΔE_K ΔE_P（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：

（1）实验中动能的增加量略小于重力势能的减少量，其主要原因是_____

A . 重物下落的实际距离大于测量值 B . 重物下落的实际距离小于测量值 C . 重物下落受到阻力 D . 重物的实际末速度大于计算值
（2）如图所示，有一条纸带，各点距A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，要用它来验证物体从B到G处的机械能是否守恒，则B点的速度表达式为v_B＝，G点的速度表达式为v_G＝，
（3）若B点和G点的速度v_B、v_G以及BG间的距离h均为已知量，则当满足时，物体的机械能守恒．

如图所示是某同学用水平气垫导轨“验证系统机械能守恒”的实验装置，该同学将光电门固定在导轨上的B点，吊盘通过细线与滑块相连，滑块上固定一遮光条，实验中滑块从导轨上的位置A由静止释放。

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（1）该同学测得遮光条的宽度为d，若光电计时器记录遮光条通过光电门的时间为△t，则滑块经过光电门时的速度v=(用题中所给物理量的符号表示)。
（2）若用天平测得滑块(含遮光条)的质量为M，吊盘的质量为m，用刻度尺测得位置A到位置B的距离为L，已知重力加速度大小为g，则需要验证的关系式为(用题中所给物理量的符号表示)。

用图示装置来验证机械能守恒定律、实验前首先用游标卡尺测量出小球的直径为d，然后调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束，实验时通过断开电磁铁开关使小球从A点下落，经过光电门B，记录挡光时间△t，测出小球在AB间下落的距离h．接着竖直平移光电门B，重复上述步骤，测得多组h及相应的△t，已知当地重力加速度为g。

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（1）小球通过光电门速度的表达式为v=。
（2）小辉根据测量数据描绘出 $\text{[math]}$ -h图象，能否仅依据图象是过原点的直线就得出机械能守恒的结论?(填写“能”或“不能”)，理由是。

在“验证机械能守恒定律”的实验中：若实验中所用重物的质量为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 $\text{[math]}$ ，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△Ep=，重锤动能增加量△E_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．

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某同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律.水平桌面上固定倾斜的气垫导轨，一上端装有长方形遮光片的滑块总质量为M，滑块的左端连接着平行于导轨的细绳，细绳另一端跨过定滑轮和矿泉水瓶连接.导轨下端固定一光电门，光电门与计时器(图中未画出)连接，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间，光电门的中心位于导轨上的B点.开始时，使滑块在导轨上静止，此时遮光片的中心位于导轨上的A点，该同学利用刻度尺测出A、B两点间的距离为L，高度差为h，测得矿泉水瓶和里面水的总质量为m，遮光片的宽度为d，忽略滑块和导轨间的摩擦，重力加速度为g.

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（1）用螺旋测微器测量挡光条的宽度d，如图乙所示，由该图可得遮光条的宽度d=mm.
（2）使滑块由A点静止开始沿导轨下滑，读出遮光片经过光电门时的挡光时间为t，则滑块从A到B的过程中，系统重力势值的减小量为；实验需要验证的表达式为(均用题目中所给的字母表示).
（3）该同学保持滑轮高度和光电门位置不变，不断改变矿泉水瓶中水的质量，释放滑块使其由A处静止沿导轨下滑，测出每次矿泉水瓶和瓶中水的总质量m以及对应挡光时间t，为便于更直观地验证机械能守恒定律，应作出(选填“ $\text{[math]}$ ”“ $\text{[math]}$ ”“ $\text{[math]}$ ”)关系图象，如图丙所示，则图象的斜用率k=.

如图所示装置，采用重物自由下落的方法做“验证机械能守恒定律”的实验。

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（1）图中采用计时器的工作电压是________

A . 交流电4~6V B . 直流电4~6V C . 交流电220V D . 直流电220V
（2）已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度g=9.80m/s² ，所用重物的质量为200g。实验中选取一条符合实验要求的纸带如图所示，O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点。计算B点瞬时速度时，甲同学用 $\text{[math]}$ ，乙同学用 $\text{[math]}$ ，其中所选方法正确的是（选填“甲”或“乙”）同学；根据以上数据，可知重物由O运动到B点时动能的增加量等于J，重力势能减少量等于J（计算结果均保留3位有效数字）：
（3）实验中，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的主要原因是。

某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。

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（1）此实验中（选填“需要”或“不需要”）测出重物的质量，装置中的打点计时器所用电源是（选填“直流”或“交流”）电源；
（2）该同学选取如图乙所示的一段纸带，已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，每相邻两个计数点间还有四个点未画出，则打点计时器打B点时重物的速度v_B=m/s，打点计时器打D点时重物的速度v_D=m/s；（计算结果均保留三位有效数字）
（3）若已知该地的重力加速度的大小为9.83m/s² ，则通过计算结果可知在误差允许范围内，重物的下落（选填“满足”或“不满足”）机械能守恒。

某同学设计了如图甲所示装置验证机械能守恒定律.实验室通过电磁铁控制，小铁球从A处自由下落，并依次经过光电门B、C，测得小球在B、C光电门中遮挡光速的时间分别为t₁、t₂ ，用刻度尺测量出B、C光电门的高度差h，查得本地重力加速度的值为g.

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回答下列问题：

（1）若用螺旋测微器测小铁球直径时如图乙所示，则小铁球的直径d=mm；
（2）实验中需验证的关系式是：（用题中所给物理量表示）；
（3）写出一条减小实验误差的建议：.

某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验，实验装置如图所示，图中A，B两位置分别固定了两个光电门传感器。实验时测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t₁ ，通过B的挡光时间为t₂ ，重力加速度为g，为了证明小物体通过A，B时的机械能相等，还需要进行一些实验测量和列式证明。

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（1）下列必要的实验测量步骤是________。

A . 用天平测出运动小物体的质量m B . 测出A，B两传感器之间的竖直距离h C . 测出小物体释放时离桌面的高度H D . 用秒表测出运动小物体由传感器A到传感器B所用时间 $\text{[math]}$
（2）若该同学用d和 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的比值分别来反映小物体经过A，B光电门时的速度，并设想如果能满足关系式，即能证明在自由落体过程中小物体的机械能是守恒的。

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 $\text{[math]}$ 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。

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（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。

小明同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中红外线发射器、接收器可记录小球的挡光时间。小明同学进行了如下操作：

（1）用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径为mm.
（2）该小球质量为m，直径为d.现使小球从红外线的正上方高为h处自由下落，记录小球挡光时间t，已知重力加速度为g，则小球下落过程中动能增加量的表达式为ΔE_k=，重力势能减少量的表达式为ΔE_p=（均用所给字母表示）

利用图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。已知打点计时器打点周期 $\text{[math]}$ ，重力加速度为g。

（1）甲同学在做实验时进行了如下操作，其中操作不当的步骤是_______（选填选项前的字母）。

A . 将打点计时器接到直流电源上 B . 应选体积小、质量大的重物 C . 释放纸带前，纸带应保持竖直
（2）甲同学从打出的纸带中选出符合要求的一条纸带，如下图所示（其中一段纸带图中未画出）。图中O点为打出的起始点，且速度为零。选取在纸带上连续打出的点A，B、C、D、E、F作为计数点。测出C、D、E点距起始点O的距离分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，由此可计算出打点计时器打下D点时重物下落的瞬时速度 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ （结果保留三位有效数字）。用m表示重物的质量，在误差允许的范围内，若满足表达式 $\text{[math]}$ ，则可认为重物下落过程中机械能守恒（用给出的已知物理量的符号表示）。
（3）乙同学在进行数据处理时不慎将纸带前半部分损坏，找不到起始点了，于是他利用剩余的纸带，用（2）中方法进行数据处理并进行验证。如图所示，重新任选某点为O，选取在纸带上连续打出的点A，B、C、D、E、F作为计数点，测量出C、D、E点到O点的距离分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，用（2）中表达式进行验证。发现表达式左侧 $\text{[math]}$ 的数值比表达式右侧的数值小了很多，最可能的原因是。
（4）丙同学设想采用另一种方法研究机械能是否守恒：在图中的纸带上，先分别测量出从O点到A，B、C、D、E、F点的距离h，再计算对应B、C、D、E各点的重物速度v。请帮助丙同学在图中画出 $\text{[math]}$ 图像的示意图，并说明如何利用该图像判断重物下落过程中机械能是否守恒。

某同学用如图所示装置做验证机械能守恒定律的实验。

（1）除了提供图中的器材，实验室还需要准备下列器材___________。

A . 游标卡尺 B . 秒表 C . 天平 D . 弹簧秤
（2）实验的主要步骤如下：其中不妥当的操作步骤是___________。（填写步骤序号）

A . 将导轨调至水平 B . 测出遮光条的宽度d C . 测出钩码质量m和带长方形遮光条的滑块总质量M D . 将滑块移至图示A位置，测出遮光条到光电门的距离L E . 释放滑块，然后开启气泵，读出遮光条通过光电门的挡光时间t
（3）在实验操作正确的前提下，滑块从A静止释放运动到光电门B的过程中，系统的重力势能减少量为，若系统符合机械能守恒定律，测得的物理量应满足的关系式为。（用（2）中给出的字母表示）
（4）若气垫导轨左端的滑轮调节过高，使得拉动物块的绳子与气垫轨道之间存在夹角，不考虑其它影响，滑块自A点由静止释放，则在滑块从A点运动至B点的过程中，滑块、遮光条与钩码组成的系统重力势能减小量的测量值（填“大于”“小于”或“等于”）动能增加量的测量值。
（5）该实验小组在研究中发现利用该装置可以测量带长方形遮光条滑块的总质量M。实验小组多次改变光电门的位置，且每次都将滑块从同一点A静止释放，测出相应的L与t值，完成实验后，某同学根据测量数据作出 $\text{[math]}$ 图像，测得直线的斜率为k，已知钩码的质量m，遮光条的宽度d，重力加速度g，则滑块总质量M的表达式为。（用题目给出的字母表示）

某实验小组根据所提供的实验器材改进了利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”实验，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一带有刻度尺的倾斜气垫导轨，导轨上A点处有一带遮光条的长方形滑块，用天平测得其总质量为m。定滑轮与拉力传感器之间的细绳是竖直的，定滑轮与滑块之间的细绳平行于气垫导轨。实验步骤如下：

①用游标卡尺测出遮光条的宽度d；

②安装好实验器材，给气垫导轨接上气源，然后读出拉力传感器的示数F，同时从气垫导轨刻度尺上读出遮光条中心与光电门之间的距离L；

③烧断拉力传感器与滑块之间的细绳，让滑块滑向光电门，并利用连接光电门的数字计时器记录遮光条通过光电门的时间t；

④多次改变滑块与光电门之间的距离，每次实验测量相应的L与t值，填入相应的表格中。

试回答下列问题（均用题中所给物理量字母表示）：

（1）滑块通过光电门时的速度 $\text{[math]}$ ；
（2）本实验中需验证关系式成立，即可验证滑块沿斜面下滑过程中机械能守恒；
（3）小组同学根据测得的L与t的值，用描点法作出如图乙所示的 $\text{[math]}$ 图像，图像为过原点的一条倾斜直线，若该直线的斜率 $\text{[math]}$ ，则可说明小球下落过程中机械能守恒。

某同学用气垫导轨做验证机械能守恒定律的实验，已知当地重力加速度为g，步骤如下：

⑴用天平测出滑块和遮光条的总质量为M、重物的质量为m，用游标卡尺测出遮光条的宽度d；

⑵按图安装好装置，调节气垫导轨水平；

⑶测出遮光条到光电门的距离L，将滑块从该位置静止释放后，光电计时器记录遮光条遮光时间t，实验要验证的表达式为；

⑷保持滑块每次从同一位置处释放，改变光电门的位置进行多次实验，测出多组遮光条到光电门的距离L及遮光条遮光时间t，为了直观地得到t与L的关系，应作出（选填“ $\text{[math]}$ ”“ $\text{[math]}$ ”、“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）图象，如果在误差允许范围内，图象是一条过原点倾斜的直线，且图象的斜率为时，则机械能守恒得到验证。

用图示装置验证机械能守恒定律。实验前调整光电门位置使直径为 $\text{[math]}$ 的小球下落过程中球心通过光电门中的激光束。实验中通过断开电磁铁开关使小球从 $\text{[math]}$ 点下落，经过光电门B，记录挡光时间 $\text{[math]}$ ，测出小球在 $\text{[math]}$ 间下落的距离 $\text{[math]}$ 。竖直移动光电门B，重复上述步骤，测得多组 $\text{[math]}$ 及相应的 $\text{[math]}$ ，已知当地重力加速度为 $\text{[math]}$ 。

（1）实验器材是否必须要天平（是、否）。
（2）小球通过光电门速度的表达式为 $\text{[math]}$ 。
（3）根据测量数据可描绘 $\text{[math]}$ 图像来验证机械能是否守恒，若图像是过原点的直线，比例系数为 $\text{[math]}$ ，则 $\text{[math]}$ 就验证了自由落体运动的物体机械能守恒。

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