備戰(zhàn) 高考物理實驗專題復(fù)習《驗證機械能守恒定律》（解析版）

第=page11頁，共=sectionpages11頁第=page22頁，共=sectionpages22頁《驗證機械能守恒定律》一、實驗題利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示，水平桌面上固定一水平的氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點處有一滑塊，其質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細繩與一質(zhì)量為m的小球相連。調(diào)節(jié)細繩的長度使每次實驗時滑塊運動到B點處與勁度系數(shù)為k的彈簧接觸時小球恰好落地，測出每次彈簧的壓縮量x，如果在B點的正上方安裝一個速度傳感器，用來測定滑塊到達B點的速度，發(fā)現(xiàn)速度v與彈簧的壓縮量x成正比，作出速度v隨彈簧壓縮量x變化的圖象如圖乙所示，測得v?x圖象的斜率k′=kM。在某次實驗中，某同學沒有開啟速度傳感器，但測出了A、B兩點間的距離為L，彈簧的壓縮量為x0，重力加速度用g表示，則：

(1)滑塊從A處到達B處時，滑塊和小球組成的系統(tǒng)動能增加量可表示為△Ek=______，系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為△Ep=______，在誤差允許的范圍內(nèi)，若△Ek=△Ep則可認為系統(tǒng)的機械能守恒。(用題中字母表示)

(2)在實驗中，該同學測得M=m=1kg，彈簧的勁度系數(shù)k=100N/m，并改變A某實驗小組進行“驗證機械能守恒定律”的實驗．

(1)甲同學用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，將電火花計時器固定在鐵架臺上，把紙帶的下端固定在重錘上，紙帶穿過電火花計時器，上端用紙帶夾夾住，接通電源后釋放紙帶，紙帶上打出一系列的點，所用電源的頻率為50?Hz，實驗中該同學得到一條點跡清晰的紙帶如圖所示，其中O點為打點計時器打下的第一個點．紙帶連續(xù)的計時點A、B、C、D至第1個點O的距離如圖所示，已知重錘的質(zhì)量為1.00?kg，當?shù)氐闹亓铀俣葹間=9.8?m/s2，從起始點O到打下C點的過程中，重錘重力勢能的減少量為ΔEp=______J，重錘動能的增加量為ΔEk=__________J

(2)乙同學利用上述實驗裝置測定當?shù)氐闹亓铀俣龋虺隽艘粭l紙帶后，利用紙帶測量出了各計數(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，以h為橫軸，以12v2為縱軸畫出了如圖所示的圖線．由于圖線明顯偏離原點，若測量和計算都沒有問題，在實驗的操作上其原因可能是__________.乙同學測出該圖線的斜率為k，如果阻力不可忽略，則當?shù)氐闹亓铀俣萭__________k(選填“大于”、“等于”或“小于”)．

(3)丙同學用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置來驗證機械能守恒定律，由導(dǎo)軌標尺可以測出兩個光電門之間的距離L，窄遮光板的寬度為d，窄遮光板依次通過兩個光電門的時間分別為t1、t2，滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運動時空氣阻力不計，為驗證機械能守恒定律，還需測量的物理量是

，機械能守恒的表達式為某研究生學習小組為了研究“兩小球碰撞過程中動能的損失率”(即碰撞中系統(tǒng)動能的損失與系統(tǒng)碰撞前初動能的比值ΔEⅠ.先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平，在一塊平木板表面先后釘上白紙和復(fù)寫紙，并將該木板豎直立于靠近槽口處，使小球a從斜槽軌道上某固定點處由靜止釋放，撞到木板并在木板上留下痕跡O；Ⅱ.將木板向右平移適當?shù)木嚯x，再使小球a從原固定點由靜止釋放，撞在木板上得到痕跡B；Ⅲ.然后把半徑相同的小球b靜止放在斜槽軌道水平段的最右端，讓小球a仍從原固定位置由靜止開始滾下與小球b相碰后，兩球撞在木板上得到痕跡A和C：Ⅳ.用天平測量a、b兩小球的質(zhì)量分別為ma、mb，用刻度尺測量紙上O點到A、B、C三點的距離分別為y1、y(1)本實驗中所選用的兩小球質(zhì)量關(guān)系為ma________mb(填“>”、“<”或“=(2)用本實驗中所測得的量表示ΔEkE用如圖所示裝置可驗證機械能守恒定律，輕繩兩端系著質(zhì)量相等的物塊A、B，物塊B上放一金屬片C，鐵架臺上固定一金屬圓環(huán)，圓環(huán)處在物塊B的正下方。開始時，金屬片C與圓環(huán)間的高度為h，A、B、C由靜止開始運動。當物塊B穿過圓環(huán)時，金屬片C被擱置在圓環(huán)上，兩光電門分別固定在鐵架臺P1、P2處，通過數(shù)字計時器可測出物塊B從P1旁運動到P2旁所用時間t，已知重力加速度為g。

(1)若測得P1、P2之間的距離為d，則物塊(2)若物塊A、B的質(zhì)量均用M表示，金屬片C的質(zhì)量用m表示，該實驗中驗證了下面選項________中的等式成立，即可驗證機械能守恒定律。A.mgh=12MC.mgh=12(2M+m)(3)改變物塊B的初始位置，使物塊B從不同的高度由靜止下落穿過圓環(huán)，記錄每次金屬片C與圓環(huán)間的高度h以及物塊B從P1旁運動到P2旁所用時間t，則以h為縱軸，以________(選填“t2”或“1t2”)為橫軸，通過描點作出的圖線是一條過原點的直線，該直線的斜率k=________(用m、g、M某同學設(shè)計如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。用頻閃頻率為f的頻閃相機記錄了小球自傾角為30°的斜面上滑下的過程，測得a、b、c、d到o的距離分別為x1、x2、x3(1)小球經(jīng)過位置c時的速度vc=(2)選取o為位移起點，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出v2?x圖線，若小球下滑過程機械能守恒，則圖線斜率k=________。(重力加速度大小用g(3)實驗中，①造成系統(tǒng)誤差的原因是________；②造成偶然誤差的原因是________。(各寫出一個原因)(4)若改變斜面傾角進行實驗，斜面傾角越大，斜面對小球的摩擦力________，誤差________。(兩空填“越大”或“越小”)用如圖所示裝置來驗證動量守恒定律，質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱上，球心離地面高度為H；質(zhì)量為mA的鋼球A用細線拴好懸掛于O點，當細線被拉直時A球球心到O點的距離為L，且細線與豎直方向的夾角為α，A球由靜止釋放，擺到最低點時恰與B球發(fā)生對心正碰，碰撞后A球沿原來的擺動方向繼續(xù)運動，擺動到擺線與豎直方向的夾角為β位置處，碰撞后B球落到地面上，地面上鋪有一張蓋有復(fù)寫紙的白紙，用來記錄B球的落點，測得B球的水平射程為s，已知重力加速度為(1)用圖中所示各個物理量的符號表示碰撞前后A、B兩球的動量(設(shè)A、B兩球碰撞前的動量分別為pA、pB，碰撞后的動量分別為、，則pA=________，pB=_______________________________________________________________________________如圖所示是“探究碰撞過程中動量守恒”的實驗裝置，質(zhì)量為M的小球甲用長為L、不可伸長的細線拴于天花板上的O點，將細線拉直至與豎直方向成a角的位置由靜止釋放，當小球甲擺到最低點時與靜止在O點正下方質(zhì)量為m的小球乙發(fā)生對心正碰，碰后小球乙離開桌面做平拋運動，小球乙落地點A到O點正下方地面上B點的水平距離為d，已知桌面高度為H。(1)

若兩個小球碰撞后小球甲繼續(xù)向左擺，則甲、乙的質(zhì)量關(guān)系為M________m(填“大于”、“小于”或“等于”)(2)

若甲、乙碰撞時動能的損失很小，可以忽略不計，試推導(dǎo)小球乙在平拋運動過程中發(fā)生的水平位移d的表達式d=________。碰撞一般分為彈性碰撞和非彈性碰撞，發(fā)生彈性碰撞時，系統(tǒng)的動量守恒，機械能也守恒;發(fā)生非彈性碰撞時，系統(tǒng)的動量守恒，但機械能不守恒。為了判斷碰撞的種類，某實驗興趣小組用如圖“碰撞實驗器”設(shè)計了如下實驗。實驗步驟如下：

①按照如圖所示的實驗裝置圖，安裝實物圖。②調(diào)整斜槽末端水平，O為斜槽末端豎直投影。③在軌道上固定一擋板S，從貼緊擋板S處由靜止釋放質(zhì)量為m1的小球1，小球1落在P點，用刻度尺測得P點與O點距離2L④在裝置末端放置一個大小與小球1相同的小球2，其質(zhì)量為m2?，F(xiàn)仍從S處靜止釋放小球1，小球1與小球2發(fā)生正碰，小球2落在N點，小球1落在M點，測得OM為L，ON為3L(1)若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1;被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為A.mB.mC.mD.m(2)小球1與小球2的質(zhì)量之比m1∶(3)若兩小球均看作質(zhì)點，以兩球為系統(tǒng)，碰前系統(tǒng)初動能Ek0=____，碰后系統(tǒng)末動能Ek=____，則系統(tǒng)機械能_____碰撞是____碰撞。(Ek0、Ek用題目中字母H、m2、L小華設(shè)計了如圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律，提供的實驗器材如下：

A.小車

B.鉤碼

C.一端帶滑輪的木板

D.細線

E.電火花計時器

F.紙帶

G.毫米刻度尺

H.4V～6V交流電源

I.220V的交流電源(1)實驗中不需要的器材是________(填寫器材前的字母序號)。還應(yīng)補充的器材是________。(2)實驗中得到的一條紙帶如圖乙所示，選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù)7個點(標號0～6)，分別測出0到1、2、3、4、5、6點的距離為d1、d2、d3、d4、d5、d6，打點周期為T。則打點2時小車的速度v2=________；若測得小車質(zhì)量為M，鉤碼質(zhì)量為m，打點1和點5時小車的速度分別為v1、v5，已知重力加速度為“槍支比動能e0”是反映槍支威力的一個參數(shù)，已知e0=E0S式中E0是子彈離開槍口時的動能，S是子彈的橫截面積(若子彈是球形，則S是過球心的截面圓面積)?！癑2136沖擊擺實驗器”是物理實驗中的實驗器材，可以用來測量彈簧槍的比動能e0，如圖甲所示，左側(cè)是可以發(fā)射球形子彈的彈簧槍，中間立柱上懸掛小擺塊，擺塊一般用塑料制成，正對槍口處有一水平方向的錐形孔(使彈丸容易射入并與擺塊結(jié)合為一體)。擺塊擺動的最大角θ可由刻度盤讀出。(重力加速度大小為g)(1)用游標卡尺測量子彈直徑，測量結(jié)果如圖乙所示，子彈的直徑d=______mm。(2)實驗開始之前，必須測量的物理量為子彈直徑d以及___________和_________。(寫出物理量及其表示字母)(3)實驗步驟如下：①將沖擊擺實驗器放在桌上，調(diào)節(jié)底座上的調(diào)平螺絲，使底座水平；②再調(diào)節(jié)支架上端的調(diào)節(jié)螺絲，改變懸線的長度，使擺塊的孔洞跟槍口正對，并且使擺塊右側(cè)與0刻度對齊；③此時用刻度尺測量出擺長L；④扣動彈簧槍扳機，打出子彈，記錄下擺塊的最大擺角；⑤多次重復(fù)實驗，計算出擺塊最大擺角的平均θ；⑥處理實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論。(4)子彈的發(fā)射速度為v0=________，彈簧槍的比動能為e0=________(5)由于存在系統(tǒng)誤差，使得測量值________(選填“大于”“小于”或“等于”)理論值。某實驗小組利用如圖甲所示裝置測定當?shù)刂亓铀俣鹊臄?shù)值．實驗開始時，小鋼球被電磁鐵吸引靜止不動，光電門位于鋼球的下方，二者的中心處在同一豎直線上．將此時鋼球球心位置記為A點，光電門中心位置記為O點，AO間距離為h．(1)使用螺旋測微器測定小鋼球的直徑如圖乙所示，可知鋼球直徑大小為d=________mm；(2)斷開電磁鐵開關(guān)，小鋼球由靜止開始下落，下落過程中通過位于O點處光電門，由數(shù)字計時器記錄鋼球通過光電門的時間Δt.可由表達式v=_________得到小鋼球球心通過光電門時的瞬時速度；(3)將光電門向下移動一小段距離后，重新釋放小鋼球，記錄小鋼球通過光電門時數(shù)字計時器顯示的時間Δt1和此時光電門與O點間距離(4)重復(fù)步驟(3)，得到若干組Δt和x的數(shù)值；(5)在1(Δt)2?x坐標中描點連線，得到如圖丙所示直線并計算出其斜率大小為1.6×10(6)本實驗在獲得鋼球球心通過光電門時的瞬時速度時存在誤差，測量的速度值_________(填“大于”“等于”或“小于”)球心通過光電門時的瞬時速度的真實值；(7)下列可以減小速度誤差的方式有_________．A.增大AO間的距離h

B.減小AO間的距離hC.換用直徑大一些的小鋼球

D.換用直徑小一些的小鋼球圖甲的光電門傳感器由發(fā)射器和接收器組成，當光路被物體擋住的時候，它就開始計時，當光路再次恢復(fù)的時候，它就停止計時，這樣就可以測出擋光片擋光的時間。某同學利用光電門傳感器設(shè)計了一個驗證小球下落過程中機械能守恒的實驗，實驗裝置如圖乙所示，圖中A、B為固定在同一豎直線上的兩個光電門傳感器，兩光電門之間的距離為h，實驗時讓直徑為d的小球從某一高度處(O點)由靜止釋放，讓小球依次從A、B兩個光電門傳感器的發(fā)射器和接收器之間通過，測得擋光時間分別為t1、t2。

(1)小球通過光電門A時的速度大小為______(用對應(yīng)物理量的符號表示)。

(2)如果能滿足關(guān)系式2gh=______(用對應(yīng)物理量的符號表示)，即能證明小球下落過程中機械能守恒。(1)質(zhì)量為m的小球，從桌面上豎直拋出，桌面離地高為h，小球能到達離地面的最大高度為H.不計空氣阻力，若以桌面為零勢能參考平面，則小球落地時的動能為_______，小球落地時的機械能為_______；若以地面為零勢能參考平面，小球到達最高點時的機械能為_______。(2)由于地球的自轉(zhuǎn)而使物體在地球上不同的地點所受的重力不同。某一物體在地球兩極處稱得的重力大小為G1，在赤道上稱得的重力大小為G2，設(shè)地球自轉(zhuǎn)周期為T.萬有引力常量為G，地球可視為規(guī)則的球體，則地球的平均密度ρ為____________，若給地球發(fā)射一顆近地衛(wèi)星，測得其環(huán)繞周期為T0，則地球的平均密度ρ(3)要測量兩個質(zhì)量不等的沙袋的質(zhì)量，由于沒有直接的測量工具，某實驗小組選用下列器材：輕質(zhì)定滑輪(質(zhì)量和摩擦可忽略)、砝碼一套(總質(zhì)量m=0.5kg)、細線、刻度尺、秒表．他們根據(jù)已學過的物理學知識，改變實驗條件進行多次測量，選擇合適的變量得到線性關(guān)系，作出圖線并根據(jù)圖線的斜率和截距求出沙袋的質(zhì)量，請完成下列步驟．

①實驗裝置如圖所示，設(shè)兩邊沙袋A、B的質(zhì)量分別為m1、m2；

②取出質(zhì)量為m′的砝碼放在右邊沙袋中，剩余砝碼都放在左邊沙袋中，發(fā)現(xiàn)A下降，B上升；③用刻度尺測出A從靜止下降的距離h，用秒表測出A下降所用的時間t，則可知A的加速度大小a=______；④改變m′，測量相應(yīng)的加速度a，得到多組m′及a的數(shù)據(jù)，作出

(選填“a?m′”或“a?1m/⑤若求得圖線的斜率k=4m/(kg.s2)，截距b=2m/s2，則沙袋的質(zhì)量m1=?______如圖所示為彈簧彈射裝置，在內(nèi)壁光滑、水平固定的金屬管中放有輕彈簧，在其兩端各放置一個金屬小球1和2(兩球直徑略小于管徑且與彈簧不固連)，壓縮彈簧并鎖定。現(xiàn)解除鎖定，則兩個小球同時沿同一直線向相反方向彈射。按下述步驟進行實驗：

①用天平測出兩球質(zhì)量分別m1、m②用刻度尺測出兩管口離地面的高度均為h；③解除彈簧鎖定彈出兩球，記錄兩球在水平地面上的落點P、Q?；卮鹣铝袉栴}：(1)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能，還需測量的物理量有______。(已知重力加速度g)A.彈簧的壓縮量△x；B.兩球落點P、Q到對應(yīng)管口M、N的水平距離x1、xC.小球直徑；D.兩球從管口彈出到落地的時間t1、t(2)根據(jù)測量結(jié)果，可得彈性勢能的表達式為EP=如圖甲所示，在水平桌面上，一輕質(zhì)彈簧左端固定，右邊緊貼著一個帶有遮光片的物塊(物塊與彈簧不拴接)，物塊在B處時，彈簧處于原長，B處放置有光電門，開啟光電門，緩慢推動物塊向左移動至A處，然后將物塊由靜止釋放，物塊被彈出經(jīng)過光電門，最終停在C處，重力加速度為g．

(1)若要用上述裝置測定物塊和水平桌面之間的動摩擦因數(shù)μ，除了測量遮光片寬度d和遮光片擋光時間t，還需測量的物理量是___________.若該物理量用字母x表示，則動摩擦因數(shù)的表達式為μ=_________(用符號表示)．

(2)如圖乙，用游標卡尺測得遮光片寬度d=______?cm．

(3)某同學認為，若再測出物塊質(zhì)量m，就可以測得物塊在A處時彈簧的彈性勢能，即Ep測=md22t2.顯然Ep測________E由理論分析可得，彈簧的彈性勢能公式為EP=12kx2(式中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量).為驗證這一結(jié)論，A、B兩位同學設(shè)計了如下的實驗：

①首先他們都進行了圖甲所示的實驗：將一根輕質(zhì)彈簧豎直掛起，在彈簧的另一端掛上一個已知質(zhì)量為m的小鐵球，穩(wěn)定后測得彈簧伸長量為d；

②A同學完成步驟①后，接著進行了如圖乙所示的實驗：將這根彈簧豎直地固定在水平桌面上，并把小鐵球放在彈簧上，然后豎直地套上一根帶有插銷孔的長透明塑料管，利用插銷壓縮彈簧；拔掉插銷時，彈簧對小鐵球做功，使小鐵球彈起，測得彈簧的壓縮量為x時，小鐵球上升的最大高度為H．

③B同學完成步驟①后，接著進行了如圖丙所示的實驗將這根彈簧放在一光滑水平桌面上，一端固定在豎直墻上，另一端被小球壓縮，測得壓縮量為x，釋放彈簧后，小球從高為h的桌面上水平拋出，拋出的水平距離為L．

(1)A、B兩位同學進行圖甲所示實驗是為了確定物理量：______，用m、d、g表示所求的物理量：______．

(2)如果EP=12kx2成立，那么A同學測出的物理量x與d、H的關(guān)系式是x=

______；B某同學利用如圖所示的裝置來研究機械能守恒定律，設(shè)計了如下實驗，A、B是質(zhì)量均為m的小物塊，C是質(zhì)量為M的重物。A、B間通過輕質(zhì)彈簧相連，A、C間通過輕質(zhì)細繩相連。在物塊B下放置一壓力傳感器，重物C下放置一速度傳感器，壓力傳感器和速度傳感器相連，當壓力傳感器示數(shù)為零時，就觸發(fā)速度傳感器測定此時重物C的速度。整個實驗中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，重力加速度為g，實驗操作如下：

①開始時，系統(tǒng)在外力作用下保持靜止，細繩拉直但張力為零，現(xiàn)釋放C，使其向下運動，當壓力傳感器示數(shù)為零時，觸發(fā)速度傳感器測出C的速度為υ。②實驗中保持A、B質(zhì)量不變，改變C的質(zhì)量M，多次重復(fù)第①步。(1)該實驗中，M和m的關(guān)系必須滿足M________(選填“小于”“等于”或“大于”)m。(2)為便于研究速度與質(zhì)量M的關(guān)系，每次測重物的速度時，其已下降的高度應(yīng)______(選填“相同”或“不同”)。(3)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，為得到線性關(guān)系圖線，應(yīng)作出__________(選填“υ2—M”“v2-(4)根據(jù)第(3)問的圖線知圖線在縱軸上的截距為b，則彈簧的勁度系數(shù)為_______(用題給的已知量表示)。某實驗小組利用如圖所示的裝置進行實驗，鉤碼A和B(均可視為質(zhì)點)分別系在一條跨過輕質(zhì)定滑輪的軟繩兩端，在A的上面套一個比它大一點的環(huán)形金屬塊C(可視為質(zhì)點)，在距地面為h處有一寬度略大于B的狹縫，鉤碼B能通過狹縫，在狹縫上放有一個外徑略大于縫寬的環(huán)形金屬塊D(可視為質(zhì)點)，B與D碰撞后粘在一起，忽略一切摩擦。開始時B距離狹縫的高度為h1，放手后，A、B、C從靜止開始運動，A、B、C、D的質(zhì)量均相等。B、D碰撞過程時間很短，忽略不計。

(1)利用計時儀器測得鉤碼B通過狹縫后上升h2用時t1，則鉤碼B碰撞后瞬間的速度為_________(用題中字母表示(2)通過此裝置驗證機械能守恒定律，當?shù)刂亓铀俣葹間，若碰撞前系統(tǒng)的機械能守恒，則需滿足的等式為___________________________(用題中字母表示)。如圖所示是“探究碰撞過程中動量守恒”的實驗裝置，質(zhì)量為M的小球甲用長為L、不可伸長的細線拴于天花板上的O點，將細線拉直至與豎直方向成α角的位置由靜止釋放，當小球甲擺到最低點時與靜止在O點正下方質(zhì)量為m的小球乙發(fā)生對心正碰，碰后小球乙離開桌面做平拋運動，小球乙落地點A到O點正下方地面上B點的水平距離為d，已知桌面高度為H。

(1)若兩個小球碰撞后小球甲繼續(xù)向左擺，則甲、乙的質(zhì)量關(guān)系為M________m(填“大于”、“小于”或“等于”)。

(2)若甲、乙碰撞時動能的損失很小，可以忽略不計，試推導(dǎo)小球乙在平拋運動過程中發(fā)生的水平位移d的表達式d=________。探究平拋運動實驗裝置如圖所示，半徑為L的四分之一圓軌道(可視為光滑)固定于水平桌面上，切口水平且與桌邊對齊，切口離地面髙度為2L.離切口水平距離為L的一探測屏AB豎直放置，一端放在水平面上，其高為2L.一質(zhì)量為m的小球從圓軌道上不同的位置靜止釋放打在探測屏上．若小球在運動過程中空氣阻力不計，小球可視為質(zhì)點，重力加速度為g

(1)為了讓小球能打在探測屏上，小球應(yīng)從圓軌道上距離Q點高度在______的范圍內(nèi)釋放．

(2)小球從距離Q點的高度為______的點靜止釋放時小球打在屏上時動能最小，最小動能為______．

答案和解析1.【答案】(1)kx02(M+m)2M；

mgL【解析】【分析】

(1)根據(jù)v?x圖線斜率的表達式，求出滑塊剛接觸彈簧時的速度大小，從而得出系統(tǒng)動能的增加量，根據(jù)下降的高度求出系統(tǒng)重力勢能的減小量。

(2)根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒，結(jié)合v?x之間的關(guān)系式，求出x2與L的關(guān)系式，結(jié)合圖線的斜率求出重力加速度。

對于圖線問題，一般的解題思路是得出物理量間的關(guān)系式，結(jié)合圖線斜率或截距進行求解，難度中等。

【解答】

(1)v?x圖象的斜率k′=kM，即v0x0=kM，則滑塊剛接觸彈簧時的速度為v0=x0kM，故系統(tǒng)的動能增加量為△Ek=12(M+m)

v02=kx02(M+m)2M；由于只有小球的重力做功，故重力勢能的減少量為△Ep=mgL。

(2)根據(jù)機械能守恒定律有mgL=12(M+m)v2，又v=xkM，M=m，解得x【解析】【分析】

該題主要考查驗證機械能守恒定律實驗相關(guān)知識。熟知實驗原理、實驗操作方法和步驟、實驗注意事項是解決本題的關(guān)鍵。

(1)重錘重力勢能的減少量為：ΔEP=mghC，重錘的動能增加量為：ΔEK=12mvC2，分別代入數(shù)值即可求解；由以上數(shù)據(jù)若得到動能增加量近似等于重力勢能減少量，即可說明在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重錘下落的過程中機械能守恒；

(2)從圖中可以看出，當重錘下落的高度為0時，重錘的速度不為零，說明了操作中先釋放重錘，后接通的電源。若無阻力，根據(jù)機械能守恒定律知，mgh=12mv2，則v22=gh，斜率k=g；若有阻力，則測得的重力加速度k小于當?shù)刂亓铀俣萭，即g大于k；

(3)滑塊和沙桶組成的系統(tǒng)機械能守恒，為此還需用天平測出滑塊的質(zhì)量M和砂桶的質(zhì)量m?；瑝K通過兩個光電門的速度大小可分別依據(jù)中間時刻瞬時速度等與平均速度求解，系統(tǒng)減少的重力勢能等于系統(tǒng)增加的動能，所以可列出系統(tǒng)機械能守恒的表達式。

【解答】

(1)重錘重力勢能的減少量為：ΔEP=mghC=1.00×9.8×0.561J≈5.50J，重錘的動能增加量為：ΔEK=12mvC2=12×1.00×0.628?0.4962×0.022≈5.45J；由以上數(shù)據(jù)可得到動能增加量近似等于重力勢能減少量，因此可得到的結(jié)論是：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重錘下落的過程中機械能守恒；

(2)從圖中可以看出，當重錘下落的高度為0時，重錘的速度不為零，說明了操作中先釋放重錘，后接通的電源。若無阻力，根據(jù)機械能守恒定律知，mgh=12mv2【解析】【分析】

本題主要考察驗證動量守恒定律實驗，解決本題的關(guān)鍵在于對于實驗步驟原理及實驗過程的掌握，

(1)根據(jù)動量守恒和能量守恒列方程可知：為了保證碰撞前后使入射小球的速度方向不變，故必須使入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量；

(2)小球從斜槽末端做平拋運動，根據(jù)豎直方向自由落體運動，可以求出其運動時間之比，由于水平位移相同，因此根據(jù)運動時間之比可以求出水平速度之比，則可進一步求出兩小球碰撞過程中動能的損失率。

【解答】

(1)在小球碰撞過程中水平方向動量守恒定律故有：

mav0=mav1+mbv2

在碰撞過程中動能守恒故有：

12mav20=12mav21+12mbv22

解得：v1=ma?mbma+mbv0

要碰后入射小球的速度v【解析】【分析】

(1)由短時間內(nèi)的變速運動可看做勻速運動，由此解得物塊B剛穿過圓環(huán)后的速度；(2)由該過程中的機械能守恒判斷結(jié)果；

(3)由該過程中的機械能守恒表達式判斷橫軸的含義；并由表達式結(jié)合圖象判斷斜率的含義，并由此得解。

本題主要考查驗證機械能守恒定律的實驗，明確實驗原理及實驗過程是解題的關(guān)鍵。

【解答】

(1)短時間內(nèi)的變速運動可看做勻速運動，由此解得物塊B剛穿過圓環(huán)后的速度：v=dt；

(2)若該過程滿足機械能守恒，則該過程C物體減小的重力勢能轉(zhuǎn)化為整體的動能，故有：mgh=122M+mv2；

(3)由上式可知，以h故答案為：(1)dt；(2)C；(3)1

5.【答案】(1)(x4?x2)f2；(2)g；(3)①下滑過程中存在阻力【解析】【分析】本題為創(chuàng)新型實驗，要注意通過分析題意明確實驗的基本原理才能正確求解。同時為驗證性實驗題，要求根據(jù)物理規(guī)律選擇需要測定的物理量，運用實驗方法判斷系統(tǒng)重力勢能的變化量是否與動能的變化量相同是解題的關(guān)鍵。根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上D點時小車的瞬時速度大小；則根據(jù)機械能守恒定律可知，當減小的重力勢能應(yīng)等于增大的動能，從而即可求解。

【解答】(1)根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度可以求出C點的速度為：vC=xbdtbd=(x4?x2)f2；

(2)若減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認為機械能守恒，

則有：mgH=12mv2，

即：gxsin30°=12v2解得：v2=gx，

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出v2?x(2)①為消除偶然誤差，讓球A多次從同一位置擺下，求B球落點的平均位置；②為了較精確測量α角，α角取值不要太?。虎塾捎趯嶒灢挥嬁諝庾枇?，所以兩球A、B質(zhì)量不要太??；④球A質(zhì)量要盡量比球B質(zhì)量大。(任答兩條)

【解析】【分析】A球下擺過程機械能守恒，根據(jù)守恒定律列式求最低點速度；球A上擺過程機械能再次守恒，可求解碰撞后速度；碰撞后小球B做平拋運動，根據(jù)平拋運動的分位移公式求解碰撞后B球的速度，求出動量的表達式，然后分析答題。本題考查了動量守恒定律和機械能守恒定律，確定實驗需要測量的量，知道實驗原理、求出實驗需要驗證的表達式是正確解題題關(guān)鍵。部分使用【解答】AB碰撞過程，由動量守恒定律可知

，碰撞前小球從A處下擺過程只有重力做功，機械能守恒，由機械能守恒定律得，解得vA=2gL1?cosα；

則PA=mAvA=mA2gL1?cosα；碰撞前B球靜止，則PB=0；

小球A與小球B碰撞后繼續(xù)運動，在A碰后到達最左端過程中，機械能再次守恒，由機械能守恒定律得，解得，

則；

碰撞后B球做平拋運動水平方向，豎直方向??H=12gt2，解得，

則碰后B球的動量為；

(2))為消除偶然誤差，讓A球多次從同一位置擺下，求B球落點的平均位置；為了較精確測量α角，α角取值不要太?。挥捎趯嶒灢挥嬁諝庾枇Γ訟、B兩球質(zhì)量不要太??；A球質(zhì)量要比B球質(zhì)量大．

故答案為：；；0；mBSg2H；(2)①為消除偶然誤差，讓球A多次從同一位置擺下，求B球落點的平均位置；②為了較精確測量α

7.【答案】(1)大于；

【解析】【分析】

本題借助平拋運動與機械能守恒來驗證動量守恒定律。

(1)兩球發(fā)生碰撞后，為防止小球甲反彈保證小球甲繼續(xù)向左運動，小球甲的質(zhì)量應(yīng)大于小球乙的質(zhì)量；

(2)甲球擺到最低點的過程中機械能守恒，之后甲與乙碰撞，動量守恒，能量守恒，碰后乙做了平拋運動，列出方程，聯(lián)立解得小球乙在平拋運動過程中發(fā)生的水平位移。

【解答】

(1)兩球發(fā)生碰撞后，為防止小球甲反彈保證小球甲繼續(xù)向左運動，小球甲的質(zhì)量M應(yīng)大于小球乙的質(zhì)量m；

(2)甲球擺到最低點的過程中機械能守恒有

甲、乙兩球碰撞動量守恒

甲、乙碰撞時動能的損失很小，可以忽略不計則有

碰后乙做平拋運動

d=v2t

H=12gt2

聯(lián)立解得

故答案為：(1)大于；

8.【答案】(1)C

(2)3:1

(3)3m2l【解析】【分析】

(1)根據(jù)小球碰撞的過程中，動量守恒以及機械能守恒，據(jù)此列出方程組表示出碰撞之后的速度表達式，根據(jù)碰后要滿足小球2的速度水平向右做平拋運動即可得出結(jié)果；

(2)根據(jù)動量守恒列出等式，結(jié)合小球2做的平拋運動即可得出質(zhì)量之比；

(3)分別表示出初動能和末動能即可得出結(jié)論。

本實驗主要考查彈性碰撞中涉及到的機械能守恒和能量守恒，抓準這兩個守恒即可得出結(jié)果。

【解答】

(1)在小球碰撞過程中水平方向動量守恒，有m1v0=m1v1+m2v2，在碰撞過程中機械能守恒，有12m1v02=12m1v12+12m2v22，解得v1=m1?m2m1+m2v0，要碰后入射小球的速度v1>0，即m1?m2>0，則m1>m2，為了使兩球發(fā)生正碰，兩小球的半徑相同，所以r1=r2，所以C項正確；

(2)球1運動到C端的速度為v1，在空中做平拋運動，水平方向2l=v【解析】【分析】

本題是對驗證機械能守恒定律實驗的考查，解決本實驗首先要掌握實驗原理，根據(jù)實驗的原理確定需要的器材，由勻變速直線運動平均速度等于中間時刻的瞬時速度可算3點速度，根據(jù)重力勢能等于增加的動能來驗證機械能守恒，電火花計時器直接使用220V，不需要低壓交流電源，本實驗還需要天平測量鉤碼的質(zhì)量，需要天平。【解答】

(1)

電火花計時器直接使用220V，不需要低壓交流電源，所以不需要的器材是H，還需要天平測量鉤碼的質(zhì)量，故應(yīng)填：H；天平。

(2)由勻變速直線運動平均速度等于中間時刻的瞬時速度可知：第2點的瞬時速度等于1、3間的平均速度，故有：v2=d3?d12T，

也可以等于04兩間的平均速度：v2=d44T；

把鉤碼和小車看成系統(tǒng)，系統(tǒng)在打1、5兩點的過程中，系統(tǒng)減小的勢能即為鉤碼減小的重力勢能為：ΔEP=mg(d5?d1)

系統(tǒng)增加的動能為小車和鉤碼增加的動能ΔEk=12(M+m)v

10.【答案】(1)10.52；(2)子彈質(zhì)量m；擺塊質(zhì)量M；(4)M+mm2gL(1?cosθ)；【解析】【分析】

本題綜合考查了動量守恒定律以及機械能守恒定律，要注意明確實驗原理，正確理解題意，知道比動能的公式，同時注意確定實驗中存在的誤差原因。

(1)標卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，不需估讀；

(2)明確實驗原理，從而確定應(yīng)測量的數(shù)據(jù)；

(4)根據(jù)機械能守恒定律可求得打后的速度，再根據(jù)動量守恒定律可求得子彈的速度；

(5)分析實驗中存在的外在影響，從而確定誤差情況。

【解答】

(1)主尺讀數(shù)為1.0cm，游標讀數(shù)為0.02×26=0.52mm，所以最終讀數(shù)為10+0.52mm=10.52mm；

(2)本實驗中要確定子彈的動能，所以在實驗前應(yīng)先測量出子彈m和擺塊的質(zhì)量M；

(4)根據(jù)機械能守恒定律可知，(M+m)gL(1?cosθ)=12(M+m)v2

根據(jù)動量守恒定律可知：mv0=(M+m)v

聯(lián)立解得：子彈的速度為：v0=M+mm2gL(1?cosθ)；

根據(jù)比動能的定義式可知：e0=E0s

E0=12mv02

截面積s=πd24

解得：比動能e0=4(m+M)2gL(1?cosθ)πmd2【解析】【分析】【分析】

本題考查運用自由落體運動測重力加速度的實驗，考查螺旋測微器的讀法，知道實驗原理和實驗過程是解題的關(guān)鍵。

根據(jù)螺旋測微器的讀法讀出結(jié)果。利用機械能守恒定律，根據(jù)實驗原理和實驗要求求解。

【解答】

(1)由乙圖可得d=11?mm+0.0×0.01?mm=11.000?mm．

(2)小球通過光電門時的速度v=dΔt．

(5)由機械能守恒定律可知mg(h+x)=12mdΔt2，整理可得1Δt2=2gd2x+2ghd2，由題意可知2gd2=1.6×105，解得g=9.68?m/s【解析】解：(1)本實驗中利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，故小球通過光電門A時的速度大小有v1=dt1；

(2)小球通過光電門B時的速度大小為v2=dt2，

故根據(jù)機械能守恒有：mgh=12mv22?12mv12，

即2gh=(dt1)2?(dt2)2；

故答案為：(1)dt1【解析】(1)

【分析】

小球在整個的運動的過程中機械能守恒，小球落地時的機械能和整個過程的機械能相同。若以地面為零勢能參考平面，小球到達最高點時的機械能等于重力勢能的大小。

在整個過程中小球的機械能守恒，關(guān)鍵在于明確重力勢能的定義公式中高度是相對與零勢能面而言的。

【解答】

取桌面為零勢能面，小球的機械能守恒，在最高點時的機械能等于重力勢能為mg(H?h)，小球下落過程中機械能守恒，落地時，根據(jù)機械能守恒定律，?mgh+Ek=mg(H?h)，所以Ek=mgH，整個過程機械能守恒，所以落地時機械能為mg(H?h)。

若以地面為零勢能參考平面，小球到達最高點時速度為零，動能為零，所以機械能為mgH。

故答案為：mgH；mg(H?h)；mgH。

(2)

【分析】

質(zhì)量為m的物體在兩極所受地球的引力等于其所受的重力，在赤道，萬有引力和拉力的合力提供向心力；結(jié)合密度公式聯(lián)立求解；近地衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時，物體所受的萬有引力提供向心力。

解決本題的關(guān)鍵是知道在地球的赤道和兩極，重力與萬有引力大小的關(guān)系，以及知道衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時，物體所受的萬有引力等于向心力。

【解答】

在兩極處GMmR2=G1，赤道處GMmR2?G2=m4π2T2R，

又因為地球的體積V=43πR?3，

解得ρ=MV=3πG1GT2(G1?G2)，

若給地球發(fā)射一顆近地衛(wèi)星，萬有引力充當向心力，即GMmR2=m(2πT0)2R，又M=ρ1?43πR3，聯(lián)立解得ρ1=3πGT02，

故答案為：3πG1GT2(G1?G2)；3πGT02。

(3)

【解析】【分析】

本題考查動量守恒定律的驗證以及彈性勢能的計算，要注意通過題意明確實驗原理，能根據(jù)機械能守恒定律以及動量守恒定律分析對應(yīng)的實驗規(guī)律及誤差情況。

(1)明確實驗原理，通過機械能守恒定律進行分析可明確對應(yīng)的儀器，并明根據(jù)機械能守恒定律求解彈性勢能；

(2)根據(jù)彈開過程前后的動量關(guān)系可明確驗證動量守恒定律的表達式。

【解答】

(1)由題意可知，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為小球的動能，則由EP=12mv2即可求得彈性勢能；故應(yīng)測量小球的質(zhì)量m以及通過光電門的速度v，為了測量小球的速度，在做平拋動的水平位移，壓縮量以及時間和小球的直徑均不需要測量；故B正確，ACD錯誤。

故選：B；

(2)由(1)可知，EP=12m1v12+12m2v22

由h=12gt2可得：

平拋運動的時間t=2h【解析】【分析】

(1)很短的時間內(nèi)，我們可以用這一段的平均速度來代替瞬時速度，由此可以求得鐵塊的速度大??；根據(jù)滑動摩擦力的公式可以判斷求動摩擦因數(shù)需要的物理量；

(2)明確游標卡尺的讀數(shù)方法，注意在讀游標時不需要估讀；

(3)根據(jù)功能關(guān)系可知，物體的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能，從而根據(jù)功能關(guān)系可求得彈簧的彈性勢能，根據(jù)摩擦力做功情況分析彈性勢能與動能間的關(guān)系。

本題涉及動摩擦因數(shù)的測量，知道應(yīng)用動能定理解得動摩擦因數(shù)是解題的關(guān)鍵，主要考查學生對基本測量工具的使用，對實驗原理、實驗操作及誤差分析的理解和掌握，注意游標卡尺讀數(shù)沒有估計值。

【解答】

(1)由動能定理可知，在BC段摩擦力做的功等于滑塊動能的變化量，有：0?12mvB2=?μmgx，由此可知還需要測量的物理量為BC間的長度；由于滑塊經(jīng)過光電門的時間很短，故可認為滑塊在經(jīng)過光電門的平均速度等于在光電門處的瞬時速度，有：vB=dt，故：μ=d22gxt2；

(2)游標卡尺主尺讀數(shù)為0.6cm，游標尺上第0個刻度與主尺上某一刻度對齊，所以最終讀數(shù)為：0.6cm+0.000cm=0.600cm；

(3)若滑塊質(zhì)量為m且彈簧到P點之間的水平面光滑，則壓縮彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為動能，但由于地面存在摩擦力做功，故彈簧的彈性勢能一定大于測出的物體在光電門的動能；

故答案為：(1)BC長度；d22gxt【解析】【分析】

(1)根據(jù)重力與彈簧的彈力平衡，借助于胡克定律，即可求解；

(2)A同學運用彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為重力勢能來測量形變量，而B同