高中物理驗證機械能守恒定律實驗檢測題

#高中物理驗證機械能守恒定律實驗檢測題比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小AE與動能變化大小AE,就能驗證機械能是否守恒。pk(1)用厶E=mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到P之間的豎直距離。鋼球在A點時的頂端鋼球在A點時的球心”遮光條(Thi|iin|"i1511II1111I[TI112鋼球在A點時的底端1用AE=2mv2計算鋼球動能變化的大小。用刻度尺測量遮光條寬度，k2示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為cm。某次測量中，計時器的示數(shù)為0.0100s。則鋼球的速度為v=m/s。下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果：△E(X10-2J)p4.8929.78614.6919.5929.38△E(X10-2J)k5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的AE與AE之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點？請說pk明理由。請你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議：

將v折算成鋼球的速度v,=Lv0某實驗小組利用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律，實驗主要步驟如下:遮光扳光電門1-□_將光電門安裝在固定于水平地面上的長木板上；將細(xì)繩一端連在小車上，另一端繞過兩個定滑輪后懸掛一鉤碼，調(diào)節(jié)木板上滑輪的高度，使該滑輪與小車間的細(xì)繩與木板平行；測出小車遮光板與光電門之間的距離L,接通電源，釋放小車，記下小車遮光板經(jīng)過光電門的時間t；根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算出小車與鉤碼組成的系統(tǒng)動能的增加量和鉤碼重力勢能的減少量。（1）根據(jù)上述實驗步驟，實驗中還需測量的物理量有。小車上遮光板的寬度d小車的質(zhì)量m1鉤碼的質(zhì)量m2鉤碼下落的時間t，（2）由實驗步驟和（1）選項中測得的物理量，可得到系統(tǒng)動能增加量的表達(dá)式為，鉤碼重力勢能減少量的表達(dá)式為。改變L的大小，重復(fù)步驟③、④，若在誤差范圍內(nèi)，系統(tǒng)動能的增加量均等于鉤碼重力勢能的減少量，說明該系統(tǒng)機械能守恒。d1m+md2解析：小車通過光電門的瞬時速度v=￡,則系統(tǒng)動能的增加量△Ek=2（m1+m2）V2=—云^一，鉤碼重力勢能的減小量△E=mgL,可知還需要測量的物理量有小車上遮光板的寬度d、小車的質(zhì)量m、鉤p1碼的質(zhì)量m2,故A、B、C正確，D錯誤。一亠m+md2答案：（1）ABC（2）△E-匸才^E=mgLk2t2P2光電門

八目IIIIR/C氣墊導(dǎo)軌（2020?揭陽模擬）用如圖所示的裝置測量彈簧的彈性勢能。將彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌上，左端固定，右端在0點；在0點右側(cè)的B、C位置各安裝一個光電門，計時器（圖中未畫出）與兩個光電門相連。先用米尺測得B、C兩點間距離s,再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A,由靜止釋放，計時器顯示遮光片從B到C所用的時間為t光電門

八目IIIIR/C氣墊導(dǎo)軌（1）計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達(dá)式是v=（2）為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量。（選填字母序號）

彈簧原長當(dāng)?shù)刂亓铀俣然瑝K(含遮光片)的質(zhì)量若氣墊導(dǎo)軌左端比右端略高，彈性勢能的測量值與真實值比較將。(選填字母序號)A.偏大B.偏小C.相等解析：(1)滑塊離開彈簧后的運動可視為勻速運動，故可以用BC段的平均速度表示滑塊離開彈簧時s的速度，則有v=t。由系統(tǒng)機械能守恒可知彈簧的彈性勢能等于滑塊增加的動能，故應(yīng)求解滑塊的動能，根據(jù)動能表1達(dá)式E=jv2可知，應(yīng)測量滑塊的質(zhì)量，故A、B錯誤，C正確。k2若氣墊導(dǎo)軌左端比右端略高，導(dǎo)致通過兩光電門的時間將減小，那么測得速度偏大，因此彈性勢能的測量值也偏大，故A正確，B、C錯誤。答案：(1沖(2)C(3)A(2020?濰坊模擬)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，一實驗小組讓小球自傾角為30。的斜面上滑下，用頻閃相機記錄了小球沿斜面下滑的過程，如圖所示，測得B、C、D、E到A的距離分別為篤、篤、s4，已知相機的頻閃頻率為f，重力加速度g取9.8m/s2?；瑝K經(jīng)過位置D時的速度叫=。選取A為位移起點，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出V2s圖線，若圖線斜率k=，則小球下滑過程機械能守恒。若改變斜面傾角進(jìn)行實驗，請寫出斜面傾角大小對實驗誤差的影響：解析：(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d點的速度為vd=|t=s－s－s—4纖。11⑵若減小的重力勢能等于增加的動能時，則機械能守恒，故mgH=2mv2，即gssin30。=尹，解得V2=gs，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出v2s圖線，若圖線斜率k=g=9.8m/s2，則小球下滑過程機械能守恒。小球的動能增加量AE總是稍小于重力勢能減少量AE，主要原因是該過程中有阻力做功，使小kp球的一部分重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；當(dāng)斜面傾角越大，壓力減小，則摩擦阻力變小，因此阻力做功越少，則誤差越小。s－s答案：(1)f廠f(2)9.8(3)斜面傾角越大，誤差越小某同學(xué)利用如圖所示裝置來驗證機械能守恒定律。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間由輕彈簧相連，A、C間由輕質(zhì)細(xì)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，壓力傳感器與速度傳感器相連。整個實驗中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，重力加速度大小為go實驗操作如下：a.開始時，系統(tǒng)在一外力作用下保持靜止，細(xì)繩拉直但張力為零?，F(xiàn)釋放C,使其向下運動，當(dāng)壓力傳感器示數(shù)為零時，速度傳感器測出C的速度為Vob在實驗中保持A、B質(zhì)量不變，改變C的質(zhì)量M,多次重復(fù)步驟a?；卮鹣铝袉栴}：（1）該實驗中，M和m大小關(guān)系必須滿足Mm（選填“小于”“等于”或“大于”）。（2）為便于研究速度v與質(zhì)量M的關(guān)系，每次測C的速度時，C已下降的高度應(yīng)（選填“相同”1,-M或“不同”）。1,-M（3）根據(jù)所測數(shù)據(jù)，為更直觀地驗證機械能守恒定律，應(yīng)作出1帀”）圖線。⑷根據(jù)⑶中的圖線，若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）o解析：（1）實驗過程中需要測定壓力傳感器示數(shù)為零時，c向下運動的速度V,所以必須滿足M>m。（2）因剛開始時彈簧被壓縮，彈力大小為mg,而壓力傳感器示數(shù)為零時，彈簧被拉伸，彈力大小仍為mg,彈簧的形變量x=mg+mg=^，不論C的質(zhì)量如何，測C的速度時，C已下降的高度相同，為讐。1（3）由題意可知彈性勢能在始、末狀態(tài)相同，為此只需驗證2（m+M）V2=（M-m）gx，化簡得V2=—114mgx?-2gx,所以應(yīng)作V2祐圖線。2mg4mg2（4）由題意知b=2gx,而x=k，聯(lián)立得k=?o答案：⑴大于（2）相同（3）V2治⑷4F某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示。在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B,滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連?；瑝K在細(xì)線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時，通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖像。

/J甲u乙0主尺1cm/J甲u乙0主尺1cm20510游標(biāo)尺丙氣墊導(dǎo)軌］（1）實驗前，接通氣源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，當(dāng)圖乙中的△t2（選填“〉”“=”或“<”）時，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平。（2）用游標(biāo)卡尺測遮光條寬度d,測量結(jié)果如圖丙所示ljd=mm。（3）滑塊P用細(xì)線跨過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與鉤碼Q相連，鉤碼Q的質(zhì)量為m。將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過計算機得到的圖像如圖乙所示，若△^△t2和d已知，要驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能是否守恒,還應(yīng)測出（寫出物理量的名稱及符號）。（4）若上述物理量間滿足關(guān)系式,則表明在上述過程中,滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒。解析：（1）實驗前，接通氣源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，當(dāng)題圖乙中的厶q=△t2時，說明滑塊已經(jīng)勻速運動，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平。（2）用游標(biāo)卡尺測遮光條寬度d,則d=5.0mm。dd（3）滑塊經(jīng)過兩個光電門的速度分別為：頁和頁，鉤碼重力勢能的減少量為mgL，要驗證的關(guān)系是21mgL=2（m+M）￡0—2（m+M）［￡l2,故還應(yīng)測出滑塊（含遮光條）的質(zhì)量M和兩光電門間距離L。21（4）若上述物理量間滿足關(guān)系式mgL=1（m+M）［￡t）—2（m+M）［￡￡|2,則表明在上述過程中，滑塊21和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒。答案：（1）=（2）5.0⑶滑塊（含遮光條）的質(zhì)量M和兩光電門間距離L(4)mgL=j(m+M)1(4)mgL=j(m+M)1訓(xùn)+M)如圖甲所示，一位同學(xué)利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗。有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球由A處由靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H（Hd）,光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。則:20B甲乙內(nèi)鳳H光電門=20B甲乙內(nèi)鳳H光電門=接計時器沖？金屬球⑴如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測得小球的直徑。=cm。1(2)多次改變高度H,重復(fù)上述實驗，作出社隨H的變化圖像如圖丙所示，當(dāng)圖中已知量t。、H°和重力加速度g及小球的直徑d滿足以下表達(dá)式：時，可判斷小球下落過程中機械能守恒。實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量AE總是稍小于重力勢能減少量AE,增加下落高度后ME—AE將kppk(選填“增大”“減小”或“不變”)。解析：⑴由題圖乙可知，主尺