高一物理下學(xué)期期末復(fù)習(xí)專題實驗：驗證機械能守恒定律

試卷第

=

page

14

14

頁，共

=

sectionpages

14

14

頁

學(xué)科網(wǎng)（北京）股份有限公司

學(xué)科網(wǎng)（北京）股份有限公司

試卷第

=

page

1

1

頁，共

=

sectionpages

3

3

頁

高一物理必修第二冊期末復(fù)習(xí)專題實驗：驗證機械能守恒定律

學(xué)校:___________姓名：___________班級：___________考號：___________

一、實驗題

1．（2021·四川省瀘縣第二中學(xué)高一期末）用如圖所示，用滴水法驗證水滴做自由落體運動的過程中機械能守恒，水滴從圖中O位置靜止下落，A、B、C、D四個位置分別固定有速度傳感器，且與O在同一條豎直線上。

（1）若當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，還需要測量的物理量有______（填選項前的字母）。

A．該水滴的質(zhì)量m

B．該水滴下落到每一個速度傳感器時的速度v

C．該水滴下落到每一個速度傳感器時所用的時間t

D．該水滴下落到每一個速度傳感器時下落的高度h

（2）作出－h(huán)圖像，由圖像算出其斜率k，當(dāng)k＝______時可以認(rèn)為該水滴做自由落體運動過程中機械能守恒。

（3）為了減小本實驗誤差下列改進(jìn)措施可行的是______

A．相鄰速度傳感器間的距離適當(dāng)大些

B．速度傳感器的位置可以不在同一豎直線上

C．改用質(zhì)量大、體積小的球做實驗

D．相鄰速度傳感器間的距離要相等

2．（2021·河南·臨潁縣第一高級中學(xué)高一階段練習(xí)）如圖甲所示，某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片“驗證機械能守恒定律”。頻閃儀每隔閃光一次，用毫米刻度尺測得相鄰時刻小球上升的高度分別為，該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如圖乙所示（當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮。∏虻馁|(zhì)量）。

時刻

速度（）

4.48

3.98

3.47

乙

（1）中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是__________，應(yīng)記作__________。

（2）由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算時刻小球的速度大小__________。（計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

（3）從到時間內(nèi)，小球重力勢能的增加量__________J，動能的減少量__________J。（計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）

（4）在誤差允許的范圍內(nèi)，若與近似相等，則驗證了機械能守恒定律。由上述計算所得__________（填“>”、“<”或“=”），造成這種結(jié)果的主要原因是______________。

3．（2021·河南省葉縣高級中學(xué)高一階段練習(xí)）在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知電磁打點計時器的周期，重錘的質(zhì)量，如圖所示為某次實驗后選出的一條理想紙帶，O點是打出的第一個點，A、B、C是在紙帶上連續(xù)取的三個點。經(jīng)測得A、B、C三點到O點的距離分別為：，，，，求：（本題中涉及到數(shù)值計算的，結(jié)果均得保留三位有效數(shù)字）

（1）紙帶的____________端與重錘連接（填“左”或“右”）；

（2）物體在B點的速度__________；

（3）從O點到B點的過程中，重錘重力勢能的減少量__________J，動能的增量__________J；

（4）即使在實驗操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測量及數(shù)據(jù)處理很準(zhǔn)確的前提下，該實驗求得的重力勢能減少量也一定略___________（選填“大于”或“小于”）動能增加量，這是實驗存在系統(tǒng)誤差的必然結(jié)果，該系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的主要原因是__________。

4．（2021·湖北·黃岡中學(xué)高一期末）某物理興趣小組利用如圖甲實驗裝置驗證、組成的系統(tǒng)機械能守恒。從一定高度由靜止開始下落，上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量，即可驗證機械能守恒定律。如圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶：O是打下的第一個點，打點計時器的工作頻率為50Hz。A、B、C為紙帶上標(biāo)注的三個計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點（圖中未標(biāo)出）。各計數(shù)點到O點的距離已在圖中標(biāo)出。已知、（重力加速度g取，計算結(jié)果均保留一位小數(shù)）

（1）關(guān)于此述實驗，下列說法中正確的是______；

A．重物最好選擇密度較大的物塊

B．重物的質(zhì)量可以不測量

C．實驗中應(yīng)先釋放紙帶，后接通電源

D．可以利用公式來求解瞬時速度

（2）在紙帶上打下計數(shù)點B時的速度v＝______m/s；

（3）在打計數(shù)點O至B過程中系統(tǒng)動能的增加量______J，系統(tǒng)重力勢能的減少量______J，實驗結(jié)果顯示略大于，那么造成這一現(xiàn)象的主要原因是_______。

（4）某同學(xué)根據(jù)選取的紙帶的打點情況做進(jìn)一步分析，做出獲得的速度v的平方隨下落的高度h的變化圖像如圖丙所示，據(jù)此可計算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝______。

5．（2021·浙江·臺州市書生中學(xué)高一階段練習(xí)）用如圖實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒。m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量，即可驗證機械能守恒定律。圖甲給出的是實驗中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點（圖中未標(biāo)出），計數(shù)點間的距離如圖所示。已知m1=50g，m2=150g，打點計時器工作頻率為50Hz，則（g取10m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

（1）紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v=___________m/s。

（2）在打0～5的過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk=___________J，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp=___________J。

（3）若某同學(xué)作出圖象如圖乙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭′=_________m/s2。

6．（2021·江蘇省天一中學(xué)高一期中）某同學(xué)利用如圖裝置驗證機械能守恒定律。

（1）下列操作錯誤的是()；

A．安裝打點計時器時將兩限位孔調(diào)在一條豎直線上

B．釋放紙帶時手持紙帶上端，保持紙帶豎直

C．釋放紙帶時重物遠(yuǎn)離打點計時器

D．實驗時先接通電源，再釋放紙帶

（2）如圖所示，已知打點計時器所用的交流電的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.8m/s2，測得所用的重物的質(zhì)量為1.00kg，實驗中得到一條點跡清晰的紙帶如圖所示。把第一個點記做O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點。經(jīng)測得知道A、B、C、D各點到O點的距離為62.99cm、70.14cm、77.76cm、85.37cm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于___________J；C點的速度為_______m/s（以上兩空計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）；但實驗中總存在重力勢能的減少量___________（填小于、等于、大于）動能的增加量；

（3）該同學(xué)依據(jù)紙帶求得相關(guān)各點的瞬時速度以及與此相對應(yīng)的下落距離h，以v2為縱軸，以h為橫軸，建立坐標(biāo)系，描點后畫出變化圖線，從而驗證機械能守恒定律，若所有操作均正確，則得到的v2-h圖像應(yīng)是圖中的()。

A．

B．

C．

D．

7．（2021·湖北·高一階段練習(xí)）用如圖甲所示的實驗裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗時，將打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始下落。

（1）關(guān)于本實驗﹐下列說法正確的是______（填字母代號）。

A．先釋放紙帶，后接通電源

B．釋放紙帶之前，紙帶必須處于豎直狀態(tài)

C．應(yīng)選擇質(zhì)量大、體積小的重物進(jìn)行實驗

（2）實驗中，得到如圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O（O點與下一點的間距接近2mm）的距離分別為、、。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器的打點周期為T。設(shè)重物質(zhì)量為。從打О點到B點的過程中，重物的重力勢能減少量______，動能變化量______。（用已知字母表示）

8．（2021·四川·威遠(yuǎn)中學(xué)校高一階段練習(xí)）在利用如圖甲裝置“驗證機械能守恒定律”的實驗中：

（1）在實驗中，質(zhì)量的物體自由下落，得到如圖乙所示的紙帶，打點頻率為50Hz，相鄰計數(shù)點間還有一個點未打出。那么從打點計時器打下O點（視為起點）到打下B點的過程中，物體重力勢能的減少量_______J，此過程中物體動能的增加量_________J。（取，保留三位有效數(shù)字）

（2）另一位同學(xué)利用他自己實驗時打出的紙帶，測量出重錘的質(zhì)量M，紙帶上各計數(shù)點到打點計時器打下的第一個點的距離h，算出了各計數(shù)點對應(yīng)的速度v，然后以h為橫軸、以為縱軸作出的圖線應(yīng)是如圖中的_________（選填項字母），若圖線的斜率為K，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，重錘下落過程受到的平均阻力f等于_________（用題中物理量字母表示）。

A．B．

C．D．

9．（2021·福建·廈門一中高一階段練習(xí)）用如圖甲實驗裝置驗證、組成的系統(tǒng)機械能守恒。從高處由靜止開始下落，上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量，即可驗證機械能守恒定律。如圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶；是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有個打下的點（圖中未標(biāo)出），計數(shù)點間的距離如圖所示。已知、（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

（1）在紙帶上打下計數(shù)點時的速度___________；

（2）在計數(shù)點過程中系統(tǒng)動能的增量___________，為了簡化計算，取，則系統(tǒng)勢能的減少量___________。

10．（2021·重慶八中高一階段練習(xí)）某實驗小組用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律，輕質(zhì)細(xì)桿一端固定一小鋼球，另一端可繞光滑的固定軸O轉(zhuǎn)動，固定在轉(zhuǎn)軸上的角度傳感器可以測出細(xì)桿與豎直方向的夾角（小于）；在O點的正下方放置一光電門（連接光電計時器），使球心到達(dá)最低點時可以恰好通過光電門。測得小球的直徑為d，小球質(zhì)量為m，球心到轉(zhuǎn)軸O的距離為L。

（1）已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，將小球拉至某一位置，測出；由靜止釋放小球，讀出光電計時器顯示的擋光時間為t。則下擺過程中，小球的重力勢能減少量可表示為___________，動能的增加量可表示為___________，如果二者在誤差范圍內(nèi)相等，說明該系統(tǒng)機械能守恒；

（2）改變角度，多次重復(fù)實驗，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，作出懸線與豎直方向夾角的余弦值與小鋼球通過光電門的時間平方的倒數(shù)“”的關(guān)系圖像，若所作圖像為一傾斜直線，則圖像的斜率k的絕對值為___________（用題中所給物理量的符號表示）。

11．（2021·江西·臨川一中高一階段練習(xí)）某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖1，水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的輕繩與一質(zhì)量為m的小球相連；遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直；導(dǎo)軌上B處有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t，用L表示A到光電門B的距離，d表示遮光片的寬度（很窄），將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B時的瞬時速度，實驗時滑塊在A處由靜止開始沿斜面向上運動，重力加速度為g。

（1）某次實驗測得傾角，重力加速度用g表示，滑塊從A處到達(dá)B處時m和M組成的系統(tǒng)動能增加量可表示為=___________，在誤差允許的范圍內(nèi)方程___________成立，則可認(rèn)為系統(tǒng)的機械能守恒（用題中所給的物理量表示）。

（2）在上述實驗中，該同學(xué)改變A、B間的距離L，保證斜面傾角不變，測出滑塊通過B時的瞬時速度v，做出了圖像如圖2所示，并測得，則重力加速度g=___________m/s2（保留兩位有效數(shù)字）。

12．（2021·湖北·華中師大一附中高一階段練習(xí)）某同學(xué)利用圖甲裝置驗證機械能守恒定律時，打出如圖乙所示的紙帶，已知打點計時器頻率為50Hz。

（1）下列關(guān)于該實驗說法正確的是______。

A．紙帶必須盡量保持豎直方向以減小摩擦阻力作用

B．為了驗證機械能守恒，必須選擇紙帶上打出的第一個點作為起點

C．將電火花計時器改成電磁打點計時器可以減小紙帶和打點計時器間的摩擦

D．可以選擇較輕的物體作為重物以延長下落的時間，實驗效果更好

（2）根據(jù)圖乙中紙帶的數(shù)據(jù)，打下C點時重物的速度為______m/s（結(jié)果保留兩位小數(shù)），如果本實驗室電源頻率不足50Hz，則瞬時速度的測量值______（填“增大”或“減小”）。

（3）小明同學(xué)用兩個形狀完全相同，但質(zhì)量不同的重物P和Q分別進(jìn)行實驗，測得幾組數(shù)據(jù)，并作出圖像，如圖丙所示，由圖像可判斷P的質(zhì)量______（填“大于”或“小于）Q的質(zhì)量。

13．（2021·北京市十一學(xué)校高一期末）兩位同學(xué)做“驗證機械能守恒定律”實驗。

（1）小紅采用如圖甲所示的實驗裝置。

①在實驗過程中，下列說法正確的是_______；

A．實驗時應(yīng)先接通打點計時器的電源再釋放紙帶

B．打點計時器、天平和刻度尺是實驗中必須使用的儀器

C．紙帶與打點計時器的兩個限位孔要在同一豎直線上

D．重物的密度大小不影響實驗結(jié)果

②在一次實驗中，質(zhì)量1kg的重物自由下落，在紙帶上打出一系列的點，如圖乙所示。紙帶相鄰兩個點之間時間間隔為0.02s，從起點O到打下計數(shù)點B的過程中，物體動能的增加量△Ek=____________J（保留兩位有效數(shù)字）；設(shè)這一過程中物體的重力勢能減小量為ΔEp，則應(yīng)該有大小關(guān)系△Ep____________ΔEk（填“大于”、“等于”或“小于”），這是因為：_____________。

（2）小明同學(xué)采用如圖丙所示的實驗裝置。實驗前，將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，測出擋光條的寬度為d，并將滑塊移到圖示位置，測出擋光條到光電門的距離為l。釋放滑塊，讀出擋光條通過光電門的擋光時間為t。多次改變光電門的位置，每次均令滑塊自同一點開始滑動，測量相應(yīng)的l與t值，結(jié)果如下表所示：

1

2

3

4

5

l（m）

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

t（ms）

8.22

7.17

6.44

5.85

5.43

1/t2（104s-2）

1.48

1.95

2.41

2.92

3.39

①在圖丁所示的坐標(biāo)系中添加被標(biāo)注的數(shù)據(jù)點，并根據(jù)數(shù)據(jù)點畫出關(guān)系圖線_______；

②小明同學(xué)進(jìn)一步觀察到圖線是一條過原點的直線，于是就判斷實驗中系統(tǒng)的機械能守恒。你是否同意他的觀點？若同意，說明理由；若不同意，請補充必要的步驟_______。

14．（2021·遼寧·沈陽市第一二〇中學(xué)高一期中）用如圖甲所示的實驗裝置驗證質(zhì)量分別為m1、m2的物體組成的系統(tǒng)機械能守恒。物體m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量來驗證機械能是否守恒。如圖乙所示是實驗中獲取的一條紙帶，點是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出，計數(shù)點間的距離如圖乙所示。已知m1=50g，m2=150g，打點計時器的工作頻率為50Hz。（g取10m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

（1）下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：

A．按照圖示的裝置安裝器件

B．將打點計時器接到直流電源上

C．先釋放m2，再接通電源打出一條紙帶

D．測量紙帶上某些點間的距離

E．根據(jù)測量的結(jié)果，分別計算系統(tǒng)減少的重力勢能和增加的動能

其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是___________。

（2）在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v=___________m/s。

（3）在打點0～5過程中系統(tǒng)動能的增加量=______J，系統(tǒng)重力勢能的減少量=_________J，由此得出的結(jié)論是___________。

15．（2021·山西·太原五中高一階段練習(xí)）在“驗證機械能守恒定律”的實驗中：

（1）供選擇的重物有下列四個，應(yīng)選擇___________；

A．質(zhì)量為100g的木球

B．質(zhì)量為10g的砝碼

C．質(zhì)量為1000g的重錘

D．質(zhì)量為10g的塑料球

（2）下面列出一些實驗步驟：

A．將重物與紙帶連接好，將紙帶穿過計時器，上端用手提著；

B．將打點計時器固定在鐵架臺上，注意使兩個限位孔在同一豎直線上；

C．用天平稱重物和夾子的質(zhì)量；

D．先釋放紙帶后再接通電源；

E．用秒表測出重物下落的時間；

F．拆下導(dǎo)線，整理器材；在三條紙帶中選出較好的一條；進(jìn)行計算得出結(jié)論，完成實驗報告；

G．切斷電源，更換紙帶，重新進(jìn)行三次實驗。

對于本實驗以上步驟中，不合理或錯誤的步驟是___________；（填字母）

（3）若打點計時器所用電源頻率為50Hz，按實驗要求選用（1）中重物，選出紙帶進(jìn)行測量，測量得連續(xù)三點A、B、C到第一個點的距離如圖所示，從起點O到打下計數(shù)點B的過程中重力勢能減少量是=___________J，此過程中重物動能的增加量=___________J。（g取10m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。發(fā)現(xiàn)等式兩端不相等，引起此結(jié)果的原因可能是___________。

16．（2021·河南·臨潁縣第一高級中學(xué)高一階段練習(xí)）氣墊導(dǎo)軌通過小氣孔噴出壓縮空氣，可以使滑塊運動時受到導(dǎo)軌的阻力很小，現(xiàn)有一氣墊導(dǎo)軌上固定有相距s的光電門1和光電門2，連接的光電計時器可以自動記錄遮光物體通過光電門的時間，如圖甲所示。小紅、小蘭兩同學(xué)用此氣墊導(dǎo)軌來驗證機械能守恒定律。

（1）小紅把氣墊導(dǎo)軌傾斜30°，讓帶有寬為d=0.2cm的遮光條的滑塊從斜面的頂端A處靜止滑下，光電計時器顯示的擋光時間分別為Δt1=2.50ms、Δt2=0.80ms。已知滑塊（含遮光條）的質(zhì)量為m=0.2kg，光電門1和2之間的距離為s=0.60m，取重力加速度大小g=9.80m/s2，求：（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

①滑塊經(jīng)過光電門1時的速度v1=___________m/s；

②滑塊通過光電門1、2的動能增加量為___________J，重力勢能的減少量為___________J；

③動能的增加量與重力勢能的減少量不完全相等的原因可能是___________。

（2）小蘭將小紅用過的氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上調(diào)至水平，用細(xì)線連接砝碼和滑塊，將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，砝碼落地前擋光條已通過光電門2，讀出滑塊分別通過光電門1和光電門2的擋光時間Δt3和Δt4，用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m。計算出滑塊和擋光條的動能及托盤和砝碼的動能，在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，如果滿足關(guān)系式___________，則也可驗證機械能守恒定律。（用M、m、g、s、d、Δt3、Δt4中的符號表示結(jié)果）

17．（2021·江蘇·蘇州外國語學(xué)校高一期中）某同學(xué)設(shè)計出如圖甲所示的實驗裝置來“驗證機械能守恒定律”，讓小鐵球從A點自由下落，下落過程中經(jīng)過A點正下方的光電門B時，光電計時器記錄下小球通過光電門時間t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。

（1）為了驗證機械能守恒定律，除了該實驗準(zhǔn)備了如下器材：鐵架臺、夾子、鐵質(zhì)小球，光電門、數(shù)字式計時器、游標(biāo)卡尺（20分度），請問還需要的器材是______。

A．天平B．刻度尺C．秒表D．打點計時器

（2）用游標(biāo)卡尺測量鐵球的直徑，主尺示數(shù)（單位為cm）和游標(biāo)的位置如圖丙所示，則其直徑為d＝______mm。

（3）若通過光電門的時間為0.002s，則小球通過光電門的速度為______m/s（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）；

（4）用游標(biāo)卡尺測出小球的直徑d和調(diào)整AB之間距離h，記錄下小球通過光電門B的時間t，多次重復(fù)上述過程，作出隨h的變化圖象如圖乙所示。若小球下落過程中機械能守恒，該直線斜率______；

（5）在實驗中根據(jù)數(shù)據(jù)實際繪出圖象的直線斜率為，則實驗過程中所受的平均阻力f與小球重力mg的比值______（用k、表示）。

18．（2021·湖南·平江縣第三中學(xué)高一階段練習(xí)）與打點計時器一樣，光電計時器也是一種研究物體運動情況是常用的計時儀器。如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置?，F(xiàn)利用如圖乙所示的裝置驗證“機械能守恒定律”。方法是：在滑塊上安裝一遮光板，把滑塊放在水平放置的氣墊導(dǎo)軌上，通過跨過定滑輪的細(xì)繩與鉤碼相連，連接好1、2兩個光電門。在圖示位置釋放滑塊后，光電計時器記錄下滑塊上的遮光板先后通過兩個光電門的時間分別為、。已知滑塊（含遮光板）質(zhì)量為M，鉤碼質(zhì)量為m，兩光電門間距為s，遮光板寬度為L，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。

（1）用游標(biāo)卡尺測量遮光板寬度，刻度如圖丙所示，讀數(shù)為______mm；

（2）計算滑塊先后通過兩個光電門時的瞬時速度的表達(dá)式：（用題目中給定的字母表示）______，______；

（3）本實驗中驗證機械能守恒的表達(dá)式為______（用題中給