驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（學(xué)生版）

專(zhuān)題06驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1．利用如圖裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。（1）為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)（含鐵夾）、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線(xiàn)及開(kāi)關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是___________；A．交流電源

B．刻度尺

C．天平（含砝碼）（2）實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為、、。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T(mén)。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能減少量___________。動(dòng)能增加量___________；（3）大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因是___________；A．利用公式計(jì)算重物速度

B．利用公式計(jì)算重物速度C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響

D．沒(méi)有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法（4）某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量它們到計(jì)數(shù)起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪圖像，如下判斷正確的是___________。A．若圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，則重物下落過(guò)程中機(jī)械能一定守恒B．若圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，則重物下落過(guò)程中機(jī)械能可能不守恒C．若圖像是一條不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，則重物下落過(guò)程中機(jī)械能一定不守恒2．某同學(xué)利用如圖1所示的裝置完成了機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)時(shí)將紙帶拉直使重物由靜止釋放。某次實(shí)驗(yàn)時(shí)得到如圖2所示的紙帶，紙帶上的各點(diǎn)均為計(jì)時(shí)點(diǎn)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T(mén)，重力加速度為g?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）由圖2中的數(shù)據(jù)可求出打下計(jì)時(shí)點(diǎn)3時(shí)重物的速度_______；（2）根據(jù)紙帶測(cè)量數(shù)據(jù)，分別測(cè)出計(jì)時(shí)點(diǎn)2、3、4、5到點(diǎn)1的距離，用表示，假設(shè)重物下落過(guò)程機(jī)械能守恒，由對(duì)應(yīng)依次算出紙帶速度的理論值，描繪出如圖3甲所示的圖線(xiàn)，則該圖線(xiàn)的斜率應(yīng)為_(kāi)_____（用題中給出的物理量表示）；（3）又由紙帶上各計(jì)時(shí)點(diǎn)間的距離依次算出在點(diǎn)1、2、3、4、5時(shí)重物的實(shí)際速度，根據(jù)得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪出如圖3所示的圖線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)際速度與理論速度間的差值越來(lái)越大，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是______。3．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：（1）為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)該選擇___________（填“甲”或“乙”）圖來(lái)完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)。（2）除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)（含鐵夾）、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線(xiàn)及開(kāi)關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是___________。A．交流電源B．刻度尺C．天平（含砝碼）（3）實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為、、。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為。設(shè)重物的質(zhì)量為。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能變化量___________，動(dòng)能變化量___________。（4）大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因是___________。A．利用公式計(jì)算重物速度B．利用公式計(jì)算重物速度C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D．沒(méi)有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法4．氣墊導(dǎo)軌通過(guò)小氣孔噴出壓縮空氣，可以使滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)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(mén)1和光電門(mén)2，連接的光電計(jì)時(shí)器可以自動(dòng)記錄遮光物體通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間，如圖甲所示。小紅、小蘭兩同學(xué)用此氣墊導(dǎo)軌來(lái)驗(yàn)證機(jī)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?kù)o止滑下，光電計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)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(mén)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(guò)光電門(mén)1時(shí)的速度v1=___________m/s；②滑塊通過(guò)光電門(mén)1、2的動(dòng)能增加量為_(kāi)__________J，重力勢(shì)能的減少量為_(kāi)__________J；③動(dòng)能的增加量與重力勢(shì)能的減少量不完全相等的原因可能是___________。（2）小蘭將小紅用過(guò)的氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上調(diào)至水平，用細(xì)線(xiàn)連接砝碼和滑塊，將滑塊移至光電門(mén)1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動(dòng)時(shí)，釋放滑塊，砝碼落地前擋光條已通過(guò)光電門(mén)2，讀出滑塊分別通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2的擋光時(shí)間Δt3和Δt4，用天平稱(chēng)出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱(chēng)出托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m。計(jì)算出滑塊和擋光條的動(dòng)能及托盤(pán)和砝碼的動(dòng)能，在滑塊從光電門(mén)1運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)2的過(guò)程中，如果滿(mǎn)足關(guān)系式___________，則也可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。（用M、m、g、s、d、Δt3、Δt4中的符號(hào)表示結(jié)果）5．阿特伍德機(jī)是英國(guó)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿特伍德創(chuàng)制的一種著名力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，常用來(lái)研究勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。現(xiàn)對(duì)該裝置加以改進(jìn)，利用改進(jìn)后的裝置（如圖所示）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。輕繩兩端系著質(zhì)量均為M的重物A（含擋光片）、B（含掛鉤），物塊B上放一質(zhì)量為m的金屬片C，鐵架臺(tái)上固定一金屬圓環(huán)，圓環(huán)處在物塊B的正下方，金屬片C不能穿過(guò)圓環(huán)而B(niǎo)可以穿過(guò)，金屬片C到圓環(huán)的高度為h，固定在A上的擋光片到光電門(mén)的豎直距離大于h，擋光片的寬度d。（1）為了完成實(shí)驗(yàn)還需要記錄或測(cè)量的物理量是______A．物塊B運(yùn)動(dòng)到圓環(huán)處的時(shí)間tB．擋光片到光電門(mén)的豎直距離lC．剛剛釋放時(shí)物塊AB之間的距離D．擋光片穿過(guò)光電門(mén)的時(shí)間（2）為了減小實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，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(guò)圓環(huán)，記錄每次金屬片C與圓環(huán)間的高度h以及擋光片穿過(guò)光電門(mén)的時(shí)間，通過(guò)描點(diǎn)作圖，為了得到一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，則應(yīng)該繪制的圖像是______（選填“h??t”、“”、“”），則該直線(xiàn)的斜率k=______（用字母m、g、M、d表示）。6．為“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，某研究小組采用了如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，裝置中包括兩個(gè)定滑輪，細(xì)線(xiàn)，A、B兩重物（mA<mB）。當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，細(xì)線(xiàn)足夠長(zhǎng)且A、B在運(yùn)動(dòng)時(shí)均未碰到地面或滑輪，滑輪已固定，不會(huì)晃動(dòng)。（1）初始時(shí)托住物體B，A、B保持靜止，由靜止釋放物體B，B物體在時(shí)間t內(nèi)高度改變h，測(cè)得兩物體質(zhì)量分別為mA、mB。則裝置在該過(guò)程中重力勢(shì)能減少量為_(kāi)______，動(dòng)能增加量為_(kāi)______（結(jié)果用題中所給字母表示）；（2）由于空氣阻力等因素的影響，重力勢(shì)能改變量______動(dòng)能改變量（選填“>”或“=”或“<”）；（3）上述實(shí)驗(yàn)裝置還可用來(lái)粗測(cè)當(dāng)?shù)刂亓铀俣?。?jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)后，測(cè)得圖像，并測(cè)得，，則重力加速度g=___________。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）7．某同學(xué)對(duì)豎直上拋小球的上升過(guò)程和下落過(guò)程分別進(jìn)行頻閃照相，并利用其中一張頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。已知頻閃儀每隔0.1s閃光一次，g=9.8m/s2，小球質(zhì)量m=0.5kg，如圖所示數(shù)據(jù)為小球通過(guò)的實(shí)際距離，單位為cm。（1）小球在位置2和位置5之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能變化量的絕對(duì)值為=_______J，重力勢(shì)能變化量的絕對(duì)值為=_______J；（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）（2）在誤差允許的范圍內(nèi)，若與近似相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算可知，拍攝此照片時(shí)小球處于_______（選填“上升”或“下落”）階段。8．利用如圖所示裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，該裝置在豎直平面內(nèi)標(biāo)有表示圓心角的刻度，最低點(diǎn)裝有光電門(mén)?，F(xiàn)將一不可伸長(zhǎng)的細(xì)線(xiàn)穿過(guò)帶孔的小鋼球（質(zhì)量為m），讓小鋼球從θ刻度處由靜止釋放（如圖1），擺球通過(guò)光電門(mén)時(shí)間為t，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。（1）利用刻度尺測(cè)量擺繩長(zhǎng)R；螺旋測(cè)微器測(cè)量小鋼球的直徑D，由圖2可知小鋼珠的直徑D是______mm。（2）通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)小球的動(dòng)能EK=_______________；從靜止釋放到最低點(diǎn)的