2024年高考物理復(fù)習(xí)第一輪：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課七　驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

(3創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

HUANGXINSHIYANKE

實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)

一、實(shí)驗(yàn)基本技能

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.

2.實(shí)驗(yàn)原理(如圖所示)

打點(diǎn)東二

計(jì)時(shí)器一紙帶

接電源號(hào)夾子

由\重物

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的重力勢(shì)能的減少量和相應(yīng)過(guò)程動(dòng)能的增加量，若

二者相等，說(shuō)明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.

3.實(shí)驗(yàn)器材

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、導(dǎo)線兩根.

4.實(shí)驗(yàn)步驟

(1)安裝器材：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與低壓電源相連.

(2)打紙帶

用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近，先接通電源，再松開(kāi)紙帶，讓

重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條

(3~5條)紙帶.

(3)選紙帶：分兩種情況說(shuō)明

①若選第1點(diǎn)0到下落到某一點(diǎn)的過(guò)程，即用〃期=品。2來(lái)驗(yàn)證，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且

1、2兩點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶.

②用多〃。/一〃驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性，處理紙帶時(shí)選擇適當(dāng)?shù)?/p>

點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離是否接近2mm就無(wú)關(guān)緊要了.

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在誤差允許的范圍內(nèi)，自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程機(jī)械能守恒.

二、規(guī)律方法總結(jié)

1.驗(yàn)證方案

方案一利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算

代入機(jī)g/l”和%Z0.2,如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，〃幽"和品。J相等，則驗(yàn)證了機(jī)械

能守恒定律.

方案二任取兩點(diǎn)計(jì)算

(1)任取兩點(diǎn)4、B,測(cè)出為B,算出mg/iAB.

(2)算出%切-52/的值.

2-2

(3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若mghAB=^mVBjnv,\,則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.

方案三圖像法

從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度〃，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方

。2,然后以52為縱軸，以/7為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出52一久圖像.若在誤差允許的范圍

內(nèi)圖像是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.

2.誤差分析

(1)測(cè)量誤差：減小測(cè)量誤差的方法，一是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)

對(duì)應(yīng)下落高度測(cè)量完，二是多測(cè)幾次取平均值.

(2)系統(tǒng)誤差：由于重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力做功，故動(dòng)能的增加量AEk=；

〃孫/必定稍小于重力勢(shì)能的減少量AEp=,〃g〃“，改進(jìn)辦法是調(diào)整安裝的器材，盡可能地減

小阻力.

3.注意事項(xiàng)

(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直：安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面

內(nèi)，以減少摩擦阻力.

(2)重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料.

(3)應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，后松開(kāi)紙帶讓重物下落.

(4)測(cè)長(zhǎng)度，算速度：某時(shí)刻的瞬時(shí)速度的計(jì)算應(yīng)用外=如親］，不能用力=〈病或

來(lái)計(jì)算.

命題點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作

EG用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸

出電壓有8y的交流電和直流電兩種.重物從高處由靜止開(kāi)始下落，重物拖著紙帶通過(guò)打點(diǎn)

計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.

］計(jì)時(shí)器一紙帶

,綠夾子

作重物

rM

I

n

（i）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：

A.按照?qǐng)D示的裝置安裝器材

B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上

C.用天平測(cè)出重物的質(zhì)量

D.釋放紙帶，同時(shí)接通電源開(kāi)關(guān)打出一條紙帶

E.測(cè)量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離

F.根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重物下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能

其中沒(méi)有必要進(jìn)行或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是.（將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在橫線

處）

（2）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，若以上2為縱軸、以/?為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出

|v2-h的圖像應(yīng)是,才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.拉〃圖像的斜率等于

____________的數(shù)值.

解析：（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接到電源的交流輸出端上，故B錯(cuò)誤；險(xiǎn)證機(jī)械能是否守恒只

需驗(yàn)證/ng/2=%zp2,即9=/2,機(jī)可約去，故不需要用天平測(cè)重物的質(zhì)量，故C沒(méi)有必要

進(jìn)行；開(kāi)始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，然后再釋放重物，讓它帶著紙帶一同落下,

如果先放開(kāi)紙帶讓重物下落，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動(dòng)較快，不利于數(shù)據(jù)的

采集和處理，會(huì)使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差，故D錯(cuò)誤.

（2）利用昇圖線處理數(shù)據(jù)，物體自由下落過(guò)程中機(jī)械能守恒，煩=%小,即聶=g〃,

若以52為縱軸、以“為橫軸，畫出的圖線應(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，由以上易知-〃圖線

的斜率就等于重力加速度g的數(shù)值.

答案：（l）BCD（2）過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線重力加速度g

［對(duì)點(diǎn)演練］

1.如圖甲所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵

架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平.回答下列問(wèn)題.

(1)(多選)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材是.

A.刻度尺B.停表

C.多用電表D.交流電源

(2)(多選)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟，其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是.

A.用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量

B.按照?qǐng)D示的裝置安裝器件

C.先釋放紙帶，后接通電源

D.測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離

(3)利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度〃的數(shù)值.根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶

上連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、。、E,測(cè)出各點(diǎn)之間的距離如圖乙所示.使用的交流電的頻率

為力則計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式為4=(用XI、XI、X3、X4及7表示).

fff1

I-士■?卜.一??卜4--I

乙

解析：(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材外，測(cè)量需要刻度尺，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要用交

流電源.

(2)該實(shí)險(xiǎn)不需要測(cè)量重錘的質(zhì)量；應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶.故選A、C.

(3)由得：

Xi+x4-X\~X2(X3+X4-X]-X2)f

a=475=4,

“z+(乃+工4—a一X2)/

答案：(1)AD(2)AC(3)--------4-------L

2.(2022.四川南充市第二次適應(yīng)性考試)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所

示，圖乙為實(shí)驗(yàn)所得的一條紙帶，在紙帶上選取了點(diǎn)跡清晰的連續(xù)7個(gè)點(diǎn)，若只測(cè)出了點(diǎn)4

與點(diǎn)0之間的距離為h4以及點(diǎn)6與點(diǎn)0的距離為生,已知打點(diǎn)周期為T,當(dāng)?shù)刂亓铀俣?/p>

為g.(以下的三個(gè)結(jié)論均由題中所給符號(hào)表示)

H----------------------h6------------------------?：

J兒內(nèi)j

\??????*\

(0123456)

乙

⑴打點(diǎn)5時(shí)重物的速度v=.

(2)由已知條件從理論上計(jì)算點(diǎn)5到點(diǎn)0的距離115=.

(3)若打點(diǎn)0時(shí)重物的速度為零，則要驗(yàn)證從點(diǎn)0到點(diǎn)5間重物下落過(guò)程中機(jī)械能守恒

的等式為.

解析：(1)打點(diǎn)5時(shí)重物的速度。=%泮.

(2)/?6-〃4=自5+力56,而居6~~d5=,

則加5=；(力6—〃4一gT?),

則/75=d+/745=2(力4+/?6—且/).

(3)要驗(yàn)證的等式是："時(shí)軍而

(〃6-〃4)2

即8(加+"6—g72)=

—2

小g”/26—力4lu+—9(/26/M)

答案：(1)-9T(2)2(3)g(/?4+力6-"

命題點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析

EG(2021?浙江卷)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，小王用如圖1所示的裝置，

讓重物從靜止開(kāi)始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖2所示.。點(diǎn)是打下的第

一個(gè)點(diǎn)，4、B、C和。為另外4個(gè)連續(xù)打下的點(diǎn).

01cm2319202122232425262728293031323334

圖2

（1）為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，對(duì)體積和形狀相同的重物，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇密度大的理由是.

⑵已知交流電頻率為50Hz,重物質(zhì)量為200g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.80m/s2,則從。

點(diǎn)到C點(diǎn)，重物的重力勢(shì)能變化量的絕對(duì)值|AEp尸J、C點(diǎn)的動(dòng)能Ekc=

J（計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）.比較&c與I△昂的大小，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是

A.工作電壓偏高

B.存在空氣阻力和摩擦力

C.接通電源前釋放了紙帶

解析：（1）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)時(shí)阻力越小越好，因此密度大的阻力與重力之比更小.

（2）由圖中可知OC之間的距離為x℃=27.90cm,因此機(jī)械能的減少量為

|△Ep|=，"gwc=0.2X9.8X0.2790J=0.547J

勻變速運(yùn)動(dòng)時(shí)間中點(diǎn)的速度等于這段時(shí)間的平均速度，

..XBD0.330-0.233

因此%=藥=2X022m/s=2.425m/s

因此動(dòng)能的增加量為

2

Ekc=^mvc^X0.2X2.425X2.425J=0.588J

工作電壓偏高不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的誤差，存在摩擦力會(huì)使重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加

量，只有提前釋放了紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位置的速度偏大才會(huì)導(dǎo)致動(dòng)能

的增加量大于重力勢(shì)能的減少量.

答案：（1）阻力與重力之比更小（或其他合理解釋）

（2）0.5470.588C

［對(duì)點(diǎn)演練］

3.（2022?湖北宜昌市四月調(diào)研）用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，打出如圖中所示的一條

紙帶.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz.

甲乙

(1)根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù)，打下C點(diǎn)時(shí)重物的速度為m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).

(2)某同學(xué)選用兩個(gè)形狀相同、質(zhì)量不同的重物。和力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得幾組數(shù)據(jù)，畫出彳

-h圖像，并求出圖線的斜率4,如圖乙所示，由圖像可知。的質(zhì)量”(選填“大于”

或或、于")6的質(zhì)量，吸.

(3)通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)造成心值偏小的原因是實(shí)驗(yàn)中存在各種阻力，已知實(shí)驗(yàn)所用重物的質(zhì)

量mi=0.052kg,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.78m/s2,求出重物所受的平均阻力F(=

N.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

解析：(1)C點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于8。段的平均速度，則有：

XBD31.23-22.24

Xm/s=2.25m/s.

vc-2T-2X0.02

(2)根據(jù)動(dòng)能定理知：(zng—加2,

則有：工二^~h,

知圖線的斜率仁若Jg-R

人的斜率小，知人的質(zhì)量小，所以〃的質(zhì)量加大于人的質(zhì)量機(jī)2.

⑶砥=0.052kg,e=9.18,解得Ff=，〃2(g-k2)=0.052X(9.78—9.18)N仁0.031N.

答案：(1)2.25(2)大于(3)0.031

4.如圖甲所示是用“落體法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置.(g取9.80m/s?)

金屬桿

/記-紙帶夾

方形

固定卡

?打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

接電源

I.一方形固定卡

I，重錘

鐵架臺(tái)

(1)選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖乙所示，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，小

B、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50Hz的交變電流.用分度值為1mm的刻度

尺測(cè)得04=12.41cm,05=18.90cm,OC=27.06cm,在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和8、B和C之間還各

有一個(gè)點(diǎn)，重錘的質(zhì)量為1.00kg.甲同學(xué)根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)重錘的

重力勢(shì)能比開(kāi)始下落時(shí)減少了J;此時(shí)重錘的速度加=m/s,此時(shí)重錘的動(dòng)

能比開(kāi)始下落時(shí)增加了J.（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）

（2）某同學(xué)利用他自己實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶，測(cè)量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一

個(gè)點(diǎn)的距離〃，算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度。，然后以/?為橫軸、以上2為縱軸作出了如圖丙

所示的圖線，圖線的斜率近似等于（單位為國(guó)際單位制單位）.

A.19.60B.9.80C.4.90

圖線未過(guò)原點(diǎn)O的原因是.

解析：（1）當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減小了

2

A￡p=/n^OB=1.00X9.80X18.90X10J?1.85J；

-OC-OA（27.06-12.41）X10-2”

打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度如=—石「=-------4Xnn9--------m/s^l.83m/s,此時(shí)重錘

的動(dòng)能增加了△1.00X1.832J=1.67J.

⑵由機(jī)械能守恒定律有/。2=儂，可得/2=苑由此可知圖線的斜率近似等于重力

加速度g,故B正確.由圖線可知，〃=0時(shí)，重錘的速度不等于零，原因是該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)

時(shí)先釋放了紙帶，然后才接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源.

答案：（1）1.851.831.67（2）B先釋放了紙帶，后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源

命題點(diǎn)三創(chuàng)新拓展實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新

“。4?金屬球

16.14cm;尚

/

畫'》18.66cm光電門

睡=接計(jì)0

時(shí)器UH?H_祠Bj

21.16cm

（301.用光電門測(cè)定小球

23.68cm下落到B點(diǎn)的速度.1.利用系名市機(jī)械能守

hO2.結(jié)合土，圖恒代替單4?物體的機(jī)

i.利用鋼球擺動(dòng)來(lái)驗(yàn)線判斷

證機(jī)械能守恒定律.26.18cm械能守恒.

小球下落過(guò)程中機(jī)械

科

2.利用光電門測(cè)定擺2.利用光目m門測(cè)算滑

1.小球彳主重力作用下能守恒.

球的瞬時(shí)速度.塊的瞬時(shí)速度

做豎直」二拋運(yùn)動(dòng).3.分析實(shí)驗(yàn)誤差A(yù)Ep

2.利用3頁(yè)閃照片獲取—AEk隨”變化的規(guī)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).律.

EE（2021.河北卷）某同學(xué)利用圖1中的實(shí)驗(yàn)裝置探究機(jī)械能變化量與力做功的關(guān)

系，所用器材有：一端帶滑輪的長(zhǎng)木板、輕細(xì)繩、50g的鉤碼若干、光電門2個(gè)、數(shù)字計(jì)時(shí)

器、帶遮光條的滑塊（質(zhì)量為200g,其上可放鉤碼）、刻度尺，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.80m/s2,

實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：

遮光條光電門I光電門2

圖1

①安裝器材，調(diào)整兩個(gè)光電門距離為50.00cm,輕細(xì)繩下端懸掛4個(gè)鉤碼，如圖1所示;

②接通電源，釋放滑塊，分別記錄遮光條通過(guò)兩個(gè)光電門的時(shí)間，并計(jì)算出滑塊通過(guò)兩

個(gè)光電門的速度；

③保持最下端懸掛4個(gè)鉤碼不變，在滑塊上依次增加一個(gè)鉤碼，記錄滑塊上所載鉤碼的

質(zhì)量，重復(fù)上述步驟；

④完成5次測(cè)量后，計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)中滑塊及所載鉤碼的總質(zhì)量M、系統(tǒng)（包含滑塊、

滑塊所載鉤碼和輕細(xì)繩懸掛鉤碼）總動(dòng)能的增加量A4及系統(tǒng)總機(jī)械能的減少量△E,結(jié)果

如下表所示：

M/kg0.2000.2500.3000.3500.400

△Ek/J0.5820.4900.3920.2940.195

△E/J0.3930.4900.6860.785

回答下列問(wèn)題：

（1）實(shí)驗(yàn)中輕細(xì)繩所懸掛鉤碼重力勢(shì)能的減少量為J（保留三位有效數(shù)字）;

（2）步驟④中的表格所缺數(shù)據(jù)為；

⑶若M為橫軸，△E為縱軸，選擇合適的標(biāo)度，在圖2中繪出AE-M圖像；

fAE/J

圖2

完全忽略滑塊與木板之間的摩擦力做功，則滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為

（保留兩位有效數(shù)字）.

【解題方案】

第1步：弄清實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄繖C(jī)械能變化量與力做功的關(guān)系.

第2步：理清實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)能量守恒定律，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量等于系統(tǒng)動(dòng)能的增

加量與增加的內(nèi)能之和，系統(tǒng)減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

第3步：制定數(shù)據(jù)處理方案：系統(tǒng)減少的機(jī)械能等于克服摩擦力做的功，因此求出每次

改變鉤碼后系統(tǒng)減少的機(jī)械能，根據(jù)即可求出動(dòng)摩擦因數(shù)，多求幾次摩擦系數(shù),

最后求平均值.

解析：(1)四個(gè)鉤碼重力勢(shì)能的減少量為

△Ep=4mgL=4X0.05X9.8X0.5J=0.980J.

(2)對(duì)滑塊和鉤碼構(gòu)成的系統(tǒng)，由能量守恒定律可知

4mgL—Wf=S(4"?+M)vi

其中系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能為△Ep=4mgZ,

系統(tǒng)增加的動(dòng)能為

AEk=；(4n?+M)o3—；(4〃7+Af)。^

系統(tǒng)減少的機(jī)械能為AE=Wf,則代入數(shù)據(jù)可得表格中減少的機(jī)械能為A￡4=(0.98-

0.392)J=0.588J.

(3)根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點(diǎn)得△E-何的圖像為

根據(jù)做功關(guān)系可知AE=〃MgL

切心0.785-0.393

則△E-M圖像的斜率為J=〃gL=-6Z二5Q…=1.96

解得動(dòng)摩擦因數(shù)為〃=0.40(0.38?0.42)

答案：(1)0.980(2)0.588

(3)見(jiàn)解析0.40(0.38?0.42)

［對(duì)點(diǎn)演練］

5.(實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新)小明同學(xué)利用如圖所示的裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.A為裝有

擋光片的鉤碼，總質(zhì)量為擋光片的擋光寬度為b,輕繩一端與A相連，另一端跨過(guò)光

滑輕質(zhì)定滑輪與質(zhì)量為的重物B相連.他的做法是：先用力拉住B,保持A、B

靜止，測(cè)出A的擋光片上端到光電門的距離/z,然后由靜止釋放B,A下落過(guò)程中經(jīng)過(guò)光電

n,光電門可測(cè)出擋光片的擋光時(shí)間3算出擋光片經(jīng)過(guò)光電門的平均速度，將其視為A下

落/?(〃》/?)時(shí)的瞬時(shí)速度，重力加速度為g.

(1)在A從靜止開(kāi)始下落人的過(guò)程中，驗(yàn)證以A、B、地球所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表

達(dá)式為(用題目所給物理量的符號(hào)表示).

(2)由于光電門所測(cè)的平均速度與物體A下落人時(shí)的瞬時(shí)速度間存在一個(gè)差值A(chǔ)。，因而

系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能(填“大于”或“小于”)系統(tǒng)增加的動(dòng)能.

(3)為減小上述△。對(duì)結(jié)果的影響，小明同學(xué)想到了以下一些做法，其中可行的是

A.保持A下落的初始位置不變，測(cè)出多組算出多個(gè)平均速度然后取平均值

B.減小擋光片上端到光電門的距離/?

C.增大擋光片的擋光寬度6

D.適當(dāng)減小擋光片的擋光寬度b

(4)若采用本裝置測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭,則測(cè)量值(填“大于”“等于”或

“小于”)真實(shí)值.

解析：⑴對(duì)A、B、地球所組成的系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得(M—，")g〃=

(2)物體A經(jīng)過(guò)光電門時(shí)實(shí)際做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，光電門所測(cè)的平均速度為t時(shí)間的中

間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，故物體A下落分時(shí)的瞬時(shí)速度大于光電門所測(cè)的平均速度，因而系統(tǒng)

減少的重力勢(shì)能大于系統(tǒng)增加的動(dòng)能.

(3)由。=§知，擋光片的擋光寬度越小，光電門所測(cè)的平均速度越接近物體A下落〃時(shí)

的瞬時(shí)速度，故適當(dāng)減小擋光片的擋光寬度〃可減小△。對(duì)結(jié)果的影響，選項(xiàng)D正確，A、

B、C錯(cuò)誤.

(4)由4=2加知，采用本裝置測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊臏y(cè)量值小于真實(shí)值.

答案：(1)(M—加須=如+刈(9

(2)大于(3)D(4)小于

6.(實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新)用如圖中所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證如、，妝組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.m2

從高處由靜止開(kāi)始下落，如上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即

可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶，0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相

鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），所用電源的頻率為50Hz.已知""=50g、相2=150

g.則：（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

（1）在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度vs=m/s；

（2）在打下0點(diǎn)到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5的過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量△Ek=J,系統(tǒng)重力

勢(shì)能的減少量△Ep=J；（當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭取10m/s2）

（3）若某同學(xué)作出jiA/,圖像如圖丙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=m/s2.

(21.60+26.40)X1CT2

解析：（1）。5=m/s=2.4m/s.

0.1X2

(2)A&=/如+加2)嫉一0比0.58J,

△Ep=m2gh5—mig/t5=0