8.5 实验：验证机械能守恒定律 基础练习卷 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

实验：验证机械能守恒定律基础练习卷 1．为了验证“机械能守恒定律”，两实验小组用打点计时器，质量分别为m1=50g、m2=150g的两重物，气垫导轨，光电门，滑块等器材组装了如图甲所示的两种装置进行实验（计算结果均保留两位有效数字）。 (1)实验小组一用方案一进行实验，测出纸带上各计数点到起始点O的距离h，根据纸带计算出各点的速度大小v，以为纵轴，h为横轴，画出的图像如图乙所示，则当地的重力加速度大小为_________m/s2。 (2)实验小组二用方案二进行实验，遮光条和滑块的质量为1kg，遮光条的宽度为4mm，遮光条经过光电门I、II的时间分别为 4×10-3s、2×10-3s，两光电门所在位置的高度差为0.16m，取重力加速度大小 g=9.8m/s2，滑块和遮光条经过两个光电门的过程中动能的增加量=____J，势能的减少量=____J。和不相等的原因是_________（写一条即可）。 【答案】(1)9.7 (2) 1.5 1.6 滑块运动过程中受到空气阻力 【详解】（1）对和组成的系统，由机械能守恒定律有 解得，根据乙图有 解得 （2）[1][2][3]依题意，滑块和遮光条经过两个光电门的过程中动能的增加量 势能的减少量 和不相等的原因是滑块运动过程中受到空气阻力。 2．小强同学用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分，剩下的一段纸带上各相邻计时点间的距离已测出，如图乙所示。重物的质量m=50g，已知打点计时器的打点周期T=0.02s，取重力加速度大小g=9.8m/s2。计算结果均保留两位有效数字。 (1)打2点时重物的速度大小为______m/s，打5点时重物的速度大小为______m/s。 (2)从打2点时运动至打5点时的过程中重物的动能增加量△Ek=______J，重力势能减少量△Ep=______J。比较计算结果可得实验结论：在误差允许的范围内，机械能守恒定律成立。 【答案】(1) 1.5 2.1 (2) 0.054 0.052 【详解】（1）[1][2]打2点时重物的速度大小 同理可得打5点时重物的速度大小 （2）[1]重物动能的增加量 [2]重力势能的减小量 3．某学习小组利用自由落体运动验证机械能守恒定律，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始下落。 (1)下列实验操作中正确的是________（填序号） A． B． C． D． (2)实验得到如图所示的一条纸带（其中一段纸带图中未画出）。选取纸带上清晰的某点记为O，再选取三个连续打出的点A、B、C，测出它们到O点的距离分别为、、。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，重物质量，当地重力加速度。由此可计算出打点计时器打下点时重物下落的瞬时速度_______m/s。从打下O点到打下B点的过程中，重物的重力势能变化量为_______J（计算结果保留两位有效数字）。 (3)在实验中，某同学根据测得的数据计算发现，重物动能的增加量略大于重物重力势能的减少量，若测量与计算均无错误，则出现这一问题的原因可能是________（填序号）。 A．重物的质量太大 B．交流电源的真实频率偏小 C．交流电源的电压过大 D．重物下落时受到空气阻力 【答案】(1)B (2) 1.5 0.35 (3)B 【详解】（1）打点计时器应接交流电源，操作时应用手握住纸带的上端，让重物尽量靠近打点计时器。 故选B。 （2）[1]打点计时器打下B点时重物下落的瞬时速度 [2]从打下O点到打下B点的过程中，重物的重力势能减少量为 （3）A．重物的质量太大，不影响实验结果，故A错误； B．交流电源的真实频率偏小，导致计算所用时间间隔偏小，则瞬时速度偏大，会使重物动能的增加量略大于重力势能的减少量，故B正确； C．交流电源的电压过大，不影响实验结果，故C错误； D．重物下落时若纸带与打点计时器之间阻力过大，则重物动能的增加量应小于重力势能的减少量，故D错误。 故选B。 4．某同学用图1所示的实验装置完成“验证机械能守恒定律”。 (1)关于实验操作，下列说法正确的是______。 A．先释放纸带，再接通电源 B．用手托住重物由静止释放 C．重物初始位置靠近打点计时器 D．打点计时器两个限位孔处于同一竖直线上 (2)实验中所用交流电源的周期为T，在纸带上确定计数点时，选取起始点为第1个计数点O，各计数点到O点的距离分别为，纸带如图2所示。重物质量为m，当地重力加速度为g，重物在C点时的动能为______，重物由O点运动到C点时重力势能的减小量为______。（均用题中所给物理量符号表示） 【答案】(1)CD (2) 【详解】（1）A．实验时应先接通电源，后释放纸带，故A错误； B．实验时需要用手托住重物，使重物由静止释放，可能导致物体离开手时具有一定的初速度，应该用手拎着纸带释放，故B错误； C．重物的初始位置应靠近打点计时器，可以获取更多的点迹，以便有利于实验数据的分析，故C正确； D．打点计时器的两个限位孔应在同一竖直向上，从而减小实验时的摩擦，故D正确。 故选CD。 （2）[1]根据匀变速直线运动规律可知，打C点时重物的瞬时速度大小为 重物在C点时的动能 [2]重物从O到C重力势能的减少量 5．某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。实验时测得滑块（含遮光条）的质量，钩码的质量，当地重力加速度大小，滑块左、右端固定有相同的遮光条1、2，遮光条的宽度，遮光条1、2中心的距离。 (1)实验时滑轮到滑块段的细线__________（填“需要”或“不需要”）平行于气垫导轨。在____________________（填“挂”或“不挂”）钩码的情况下轻推滑块，根据遮光条1、2通过光电门的遮光时间可以判断气垫导轨是否水平。 (2)按正确实验步骤完成实验，测得遮光条1、2通过光电门时的遮光时间分别为、，由此可知遮光条1通过光电门时滑块的速度大小__________m/s。从遮光条1通过光电门到遮光条2通过光电门的过程中，滑块和钩码构成的系统重力势能的减少量__________J，系统动能的增加量__________J。（计算结果均保留三位有效数字） 【答案】(1) 需要 不挂 (2) 0.600 0.196 0.192 【详解】（1）[1][2]为确保同一过程中钩码下降的距离与滑块移动的距离相等，所以滑轮到滑块段的细线需要平行于气垫导轨。在不挂钩码的情况下轻推滑块，根据遮光条1、2通过光电门的遮光时间可以判断气垫导轨是否水平。 （2）[1] 遮光条1通过光电门时滑块的速度大小 [2] 从遮光条1通过光电门到遮光条2通过光电门的过程中，滑块和钩码构成的系统重力势能的减少量 [3] 遮光条2通过光电门时滑块的速度大小 所以从遮光条1通过光电门到遮光条2通过光电门的过程中，系统动能的增加量。 6．某实验小组采用落体法验证机械能守恒定律，装置如图甲所示。 (1)在该实验中，有几个注意事项，以下描述正确的是______； A．实验时应先释放纸带，再启动打点计时器 B．可以选用体积很大的重锤，且需要称出重锤的质量 C．为减小摩擦阻力，需要调整打点计时器的限位孔在同一竖直线上 (2)已知当地的重力加速度g取9.8m/s2，交流电的频率f=50Hz，重锤的质量m=1kg，则根据纸带所给数据（其中O点为打点计时器打下的第一个点），可知OC过程中，重锤动能的增加量______J（结果保留2位有效数字），重锤重力势能的减少量，一般情况下，这是因为______； (3)如果用图像法处理数据，则从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点下落的高度h，并计算出各点速度的平方v2，以v2为纵轴，h为横轴建立直角坐标系，根据实验数据作出如图丙所示的图线，在实验误差允许范围内，若图像斜率为______（用字母g表示），则验证了机械能守恒定律。 【答案】(1)C (2) 2.5 见解析 (3)2g 【详解】（1）A．实验时应先启动打点计时器，待打点稳定后再释放纸带，故A错误； B．为了减小空气阻力的影响，应选用体积小、质量大的重锤，且验证机械能守恒定律的表达式为 两边的可约掉，所以不需要称出重锤质量，故B错误； C．调整打点计时器的限位孔在同一竖直线上，可以减小纸带与限位孔之间的摩擦阻力，减小实验误差，故C正确。 故选C。 （2）[1]交流电的频率f=50Hz，打点计时器打点的时间间隔 打C点时重锤的速度大小 重锤动能的增加量为 [2] 重锤在下落过程中，会受到空气阻力以及纸带与打点计时器之间的摩擦阻力等，重锤克服这些阻力做功，机械能有损失，所以一般情况下。 （3）根据机械能守恒定律有 整理得 在图像中，若图线的斜率为2g，则验证了机械能守恒定律。 7．某物理实验小组利用如图所示装置探究机械能守恒定律。    (1)以下实验操作正确的是________； A．实验中可以用v2=2gh来计算重物的瞬时速度 B．实验中应先接通打点计时器的电源，后释放纸带 C．实验中需要用到天平、刻度尺、秒表 D．实验中所使用的电源为直流电源 (2)实验中得到图乙所示纸带，在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC，已知当地的重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T，设重物的质量为m，则从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减小量为ΔEp=________，动能的增加量为ΔEk=________，在误差范围内ΔEp=ΔEk； (3)该实验通常用体积小、质量大的重物以减小下落过程中受到阻力的作用，请你思考还有哪些方式可以减小阻力？________（只写一条即可）。 【答案】(1)B (2) mghB (3)见解析 【详解】（1）A．计算打下某点时的瞬时速度应用该点前后两点间的平均速度代替，故A错误； B．实验时，应先接通电源，等打点计时器打点稳定后再释放纸带，故B正确； C．用图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验时，若在误差允许范围内有 即 则能够验证机械能守恒定律成立，故实验中不需要测量重物的质量，不需要用到天平，纸带上的点是由打点计时器每个相等的时间打出的，可以直接从纸带上读出时间，不需要秒表，故C错误； D．实验中所使用的电源为交流电源，故D错误。 故选B。 （2）[1]从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减小量 [2]由于 则 （3）打点计时器限位孔应在同一竖直线上，保持纸带竖直后放手，可减小纸带和装置间的阻力；打点计时器选用“电火花打点计时器”；使用光电门，位移传感器等。 8．在“验证机械能守恒定律”的一次实验中，重物拖着纸带自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示，已知相邻计数点的时间间隔为0.02s，回答以下问题： (1)关于本实验，下列说法中正确的是（　　） A．图甲中两限位孔必须在同一竖直线上 B．实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直 C．实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源 D．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置 (2)某同学用如图甲所示装置进行实验，得到如图乙所示的纸带，把第一个点（初速度为零）记作O点，测出点O、A间的距离，点A、C间的距离，点C、E间的距离，已知当地重力加速度为，重物的质量为，则打点计时器在打O点到C点的这段时间内，重物动能的增加量为____J，重力势能的减少量为_______J；（结果均保留两位小数） (3)在实验中发现，重物减少的重力势能大于重物增加的动能，其原因主要是____________。 【答案】(1)AB (2) 8.00 8.25 (3)重物受到空气阻力或纸带与打点计时器之间存在阻力 【详解】（1）A．两限位孔必须在同一竖直线上，这样可以让纸带顺利通过，减小摩擦对实验的影响，A正确； B．实验前，手提住纸带上端，使纸带竖直，可以使纸带放开后保持竖直状态通过打点计时器，从而减小摩擦对实验的影响，B正确； C．应该先接通打点计时器的电源，再释放纸带，这样可以充分利用纸带，使纸带上数据点多，若先释放纸带后接通电源，纸带上数据点会很少，甚至没有数据，C错误； D．应选择纸带上距离适当较远的两点作为初、末位置，这样可以使误差百分比减小，D错误； 故选AB。 （2）[1]由自由落体运动规律知，中间时刻瞬时速度等于这一段平均速度，则打下C点时重物的速度大小为 则，重物的动能增加量为 联立解得 [2]由重力做功与重力势能变化关系知 代入得 （3）由于阻力的作用重物减小的重力势能总是略大于增加的动能，这里的阻力主要来源于重物受到的空气阻力和纸带与打点计时器之间的摩擦阻力。 9．利用图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。 (1)除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电火花打点计时器外，在下列器材中，还必须使用的器材是 。 A．220V交流电源 B．交流电源 C．毫米刻度尺 D．天平（含砝码） (2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。O点是重锤开始下落时刻打出的点，ABC是按打点先后顺序选取的三个连续点，测得它们到起始点“O”的距离分别为、、。设打出相邻点的时间间隔为T，如果在误差允许的范围内，满足下列表达式 即可验证重物机械能守恒。（重力加速度为g） A． B． C． D． 【答案】(1)AC (2)D 【详解】（1）AB．由实验图知，实验中使用电火花打点计时器，故需要用220V交流电源供电，A正确，B错误； C．实验中需要用刻度尺测量所打点之间的距离，即下降高度，C正确； D．根据机械能守恒可得 则可知表达式中质量可约去，即验证 即可，D错误； 故选AC。 （2）由图乙纸带数据，根据机械能守恒可得 B点速度为 联立得 D正确； 故选D。 10．用如图所示的装置完成“验证机械能守恒定律”的实验，回答下列问题： (1)关于该实验，下列说法中正确的是（　　） A．选重物时，重的比轻的好，体积大的比体积小的好 B．称量重物的质量一定要准确，否则会造成较大误差 C．手提纸带，先接通电源再松开纸带让重物落下 D．做实验时应将打点计时器竖直地架稳 (2)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的（　　） A．动能变化量与势能变化量 B．速度变化量和势能变化量 C．速度变化量和高度变化量 (3)根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是图中的（　　） A． B． C． D． 【答案】(1)CD (2)A (3)C 【详解】（1）A．重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减小空气阻力的影响，从而减小实验误差，A错误； B．“验证机械能守恒定律”的实验原理是利用减少的重力势能转化为动能，表达式为 因此不需要称重物的质量，B错误； C．正确的操作步骤是，先接通电源，让打点计时器打点稳定后再松开纸带让重物下落，C正确； D．本实验要求尽可能减少摩擦等阻力，故打点计时器必须竖直架稳，D正确； 故选CD。 （2）“验证机械能守恒定律”的实验原理是只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变，A正确； 故选A。 （3）“验证机械能守恒定律”表达式为 变形得 由关系式知，若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为的直线，则验证了机械能守恒定律，C正确； 故选C。 11．研究自由下落物体的机械能 实验器材 铁架台（带铁夹）、_____________、重物（带夹子）、________、复写纸（或墨粉盘）、导线、毫米刻度尺、交流电源。 实验步骤 （1）安装装置：按图1甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。 （2）打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到3~5条打好点的纸带。 （3）选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置之间的距离Δh及两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。 数据处理 （1）计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式，计算出某一点的瞬时速度vn。 （2）验证方法 方法一：利用起始点和第n点。 选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内mghn=，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：任取两点A、B． 如果在实验误差允许范围内，则机械能守恒定律得到验证。 方法三：图像法（如图所示）。 若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律得到验证。 误差分析 本实验的误差主要是纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。 注意事项 （1）安装打点计时器时，要使两限位孔的中线在__________，以减小摩擦阻力。 （2）应选用质量和密度较________的重物。 （3）实验时，应先_______，让打点计时器正常工作后再___________。 （4）本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。 （5）速度不能用v=gt或v=计算，应根据纸带上测得的数据，利用计算瞬时速度。 【答案】 打点计时器 纸带 同一竖直线上 大 接通电源 释放纸带 【详解】[1][2]还需要的实验器材为打点计时器、纸带； [3]打点计时器安装时，要使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力； [4]应选用质量和密度大的重物，则空气阻力对实验影响较小，能够减小实验误差； [5][6]为了收集更多的计数点以及节省纸带，该实验需先接通电源，待打点计时器正常工作时，再释放纸带。 12．在“验证机械能守恒定律”的实验中 (1)下列操作正确的是________ A． B． C． (2)如图是实验中获得的一条纸带，其中为打点计时器打下的第一个点，并测得下落高度如图所示。已知重物质量为，打点周期为，重力加速度为，则打下“D”点时，重锤下落的速度大小________，重锤从O点下落到D点的重力势能减少量________（用图中所给字母及、、表示） (3)实验中某同学的实验数据结果显示：重物动能的增加量大于重力势能的减少量，则可能的原因________（多选） A．空气对重物有阻力和打点计时器对纸带有阻力 B．利用公式计算重物速度 C．未静止释放，O点有初速度 D．电压的频率小于50Hz 【答案】(1)B (2) (3)CD 【详解】（1）在“验证机械能守恒定律”的实验中，重物应靠近打点计时器，且纸带应处于竖直状态，这样能减小摩擦阻力的影响。 故选B。 （2）[1] 根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，由于D点是C、E两点的中间时刻，所以打下“D”点时，重锤下落的速度大小为 [2] 重锤从O点下落到D点的过程中，重物下落的高度为，所以该过程重力势能的减少量为 （3）A．由于空气对重物有阻力和打点计时器对纸带有阻力，重锤下落过程中需克服阻力做功，所以空气阻力和纸带阻力会使动能增加量小于重力势能的减少量，故A错误； B．利用公式计算重物速度，相当于默认了机械能守恒，再去验证机械能守恒，算出的结果应为重物动能的增加量等于重力势能的减少量，故B错误； C．如果开始释放时重物就有初速度，那么重物在O点就已经具备了一部分动能，下落过程中，除了重力势能转化的动能，还加上了初始的动能，所以最终测得的动能增加量就会大于重力势能的减少量，故C正确； D．电压频率小于50Hz，实际打点周期大于0.02s，而计算时用了这个偏小的周期，会使速度计算值偏大，所以最终测得的动能增加量就会大于重力势能的减少量，故D正确。 故选CD。 13．某实验小组通过实验验证机械能守恒定律。 (1)该小组用如图所示的器材进行实验，下列图中实验操作正确的是______。 A． B． C． D． (2)该小组进行实验后得到如图甲所示的纸带，把第一个点（初速度为零）记作O点，测出点A、C间的距离s1=7.62cm，点C、E间的距离s2=9.18cm，打点计时器所用电源的频率为50Hz。由图甲可计算出打点计时器打下C点时重物下落的瞬时速度vC=______m/s。（结果保留两位有效数字） (3)该小组测量从第一点O到其余各点间的距离为重物下落的高度h，并计算出各点对应的速度v，然后以v²为纵轴，以h为横轴，作出如图乙所示的v2-h图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率约为______（填选项字母）的直线，则验证了机械能守恒定律。（重力加速度大小取9.8m/s2） A．4.9 B．9.8 C．19.6 【答案】(1)B (2)2.1 (3)C 【详解】（1）打点计时器需接交流电源，用手捏住或用夹子夹住纸带上端把重物吊起，纸带处于绷直状态。 故选B。 （2）相邻两个计数点间的时间间隔 打到C点时速度 （3）实验需要验证 整理得 则 故选C。 14．利用如图所示的实验装置，将重物由静止释放，通过对打出的纸带进行测量，可以验证机械能守恒定律。 (1)关于本实验，描述正确的是________ A．需要选取质量大、体积小的重物 B．不需要测出重物的质量即可验证机械能守恒定律 C．可以通过多次测量取平均值的方法减小由于空气阻力产生的误差 D．手靠近打点计时器的位置释放纸带 (2)测量得到多组数据后可以绘制重物速度v的平方与下落高度h的关系图像验证机械能守恒定律，则________。 A．若图线是过原点的直线，说明自由落体运动过程机械能守恒 B．所绘制出的图像一定通过坐标原点 C．需要打出多条纸带进行测量才能获得描点所需数据 D．通过做图像的方法，可有效减小偶然误差 (3)某次实验打出的纸带如图乙所示，O点为打出的第一个点，已知相邻计数点之间的打点间隔为T，测得从合适位置开始选取的三个连续点A、B、C到O点的距离分别为、、；利用上述测量数据，可以验证________段过程机械能守恒（用图中字母表示`）。 【答案】(1)AB (2)D (3)OB 【详解】（1）A．选取质量大、体积小的重物，可减小空气阻力的影响，让重物的运动更接近自由落体，故A正确； B．验证机械能守恒的公式中，质量m可以约去，因此不需要测量重物质量，故B正确； C．空气阻力产生的是系统误差，无法通过多次测量取平均值来减小，只能通过选择合适的重物来降低其影响，故C错误； D．释放纸带时应让重物靠近打点计时器，而不是手靠近打点计时器，故D错误。 故选AB。 （2）A．根据 整理得 可知若图线是过原点的直线，且斜率为2g，可说明自由落体运动过程机械能守恒；但若图线是过原点的直线，斜率不一定为2g，故A错误； B．如果释放时初速度不为零，或者存在阻力，图像可能不会通过坐标原点，故B错误； C．打出一条纸带，就可以通过其上的多个点获得多组与h的数据，无需多条纸带，故C错误； D．做图像的方法可以有效减小偶然误差，通过数据点的分布趋势来降低单次测量的影响，故D正确。 故选D。 （3）打点计时器打B点时重物速度 从O到B过程，由机械能守恒有 以上分析可知，利用上述测量数据，可以验证OB段过程机械能守恒。 15．某实验小组利用打点计时器做“验证机械能守恒定律”的实验。 (1)以下三种测量速度的方案中，合理的是__________。 A．测量下落高度h，通过算出瞬时速度v B．测量下落时间t，通过v=gt算出瞬时速度v C．根据纸带上某点的相邻两点间的平均速度，得到该点瞬时速度v (2)按照正确的操作得到图1所示的一条纸带，在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC，已知重物的质量为m，当地重力加速度为g，打点计时器打点周期为T。从打O点到打B点的过程中，重物重力势能的减少量为___________，动能的增加量为___________。 (3)完成上述实验后，某同学采用传感器设计了新的实验方案验证机械能守恒，装置如图2所示。他将宽度均为d的挡光片依次固定在圆弧轨道上，并测出挡光片距离最低点的高度h，摆锤上内置了光电传感器，可测出摆锤经过挡光片的时间Δt。某次实验中记录数据并绘制图像，以h为横坐标，若要得到线性图像，应以___________为纵坐标，并分析说明如何通过该图像验证机械能守恒___________。 【答案】(1)C (2) mghB (3) 或 见解析 【详解】（1）AB．不可以用和计算出瞬时速度v，因为这样就默认重物做自由落体运动，失去了验证的意义，故AB错误； C．测出物体下落的高度h，根据纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，故C正确。 故选C。 （2）[1]从打O点到打B点的过程中，重物重力势能的减少量为； [2]根据纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，打下B点时重物的速度大小为 从打下O点到打下B点的过程中，重物的动能变化量为 （3）设摆锤释放时高度为h0，若机械能守恒则有 整理得或者 图线为不过原点的一条直线，斜率大小为（或），可验证机械能守恒。 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验：验证机械能守恒定律基础练习卷 1．为了验证“机械能守恒定律”，两实验小组用打点计时器，质量分别为m1=50g、m2=150g的两重物，气垫导轨，光电门，滑块等器材组装了如图甲所示的两种装置进行实验（计算结果均保留两位有效数字）。 (1)实验小组一用方案一进行实验，测出纸带上各计数点到起始点O的距离h，根据纸带计算出各点的速度大小v，以为纵轴，h为横轴，画出的图像如图乙所示，则当地的重力加速度大小为_________m/s2。 (2)实验小组二用方案二进行实验，遮光条和滑块的质量为1kg，遮光条的宽度为4mm，遮光条经过光电门I、II的时间分别为 4×10-3s、2×10-3s，两光电门所在位置的高度差为0.16m，取重力加速度大小 g=9.8m/s2，滑块和遮光条经过两个光电门的过程中动能的增加量=____J，势能的减少量=____J。和不相等的原因是_________（写一条即可）。 2．小强同学用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分，剩下的一段纸带上各相邻计时点间的距离已测出，如图乙所示。重物的质量m=50g，已知打点计时器的打点周期T=0.02s，取重力加速度大小g=9.8m/s2。计算结果均保留两位有效数字。 (1)打2点时重物的速度大小为______m/s，打5点时重物的速度大小为______m/s。 (2)从打2点时运动至打5点时的过程中重物的动能增加量△Ek=______J，重力势能减少量△Ep=______J。比较计算结果可得实验结论：在误差允许的范围内，机械能守恒定律成立。 3．某学习小组利用自由落体运动验证机械能守恒定律，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始下落。 (1)下列实验操作中正确的是________（填序号） A． B． C． D． (2)实验得到如图所示的一条纸带（其中一段纸带图中未画出）。选取纸带上清晰的某点记为O，再选取三个连续打出的点A、B、C，测出它们到O点的距离分别为、、。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，重物质量，当地重力加速度。由此可计算出打点计时器打下点时重物下落的瞬时速度_______m/s。从打下O点到打下B点的过程中，重物的重力势能变化量为_______J（计算结果保留两位有效数字）。 (3)在实验中，某同学根据测得的数据计算发现，重物动能的增加量略大于重物重力势能的减少量，若测量与计算均无错误，则出现这一问题的原因可能是________（填序号）。 A．重物的质量太大 B．交流电源的真实频率偏小 C．交流电源的电压过大 D．重物下落时受到空气阻力 4．某同学用图1所示的实验装置完成“验证机械能守恒定律”。 (1)关于实验操作，下列说法正确的是______。 A．先释放纸带，再接通电源 B．用手托住重物由静止释放 C．重物初始位置靠近打点计时器 D．打点计时器两个限位孔处于同一竖直线上 (2)实验中所用交流电源的周期为T，在纸带上确定计数点时，选取起始点为第1个计数点O，各计数点到O点的距离分别为，纸带如图2所示。重物质量为m，当地重力加速度为g，重物在C点时的动能为______，重物由O点运动到C点时重力势能的减小量为______。（均用题中所给物理量符号表示） 5．某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。实验时测得滑块（含遮光条）的质量，钩码的质量，当地重力加速度大小，滑块左、右端固定有相同的遮光条1、2，遮光条的宽度，遮光条1、2中心的距离。 (1)实验时滑轮到滑块段的细线__________（填“需要”或“不需要”）平行于气垫导轨。在____________________（填“挂”或“不挂”）钩码的情况下轻推滑块，根据遮光条1、2通过光电门的遮光时间可以判断气垫导轨是否水平。 (2)按正确实验步骤完成实验，测得遮光条1、2通过光电门时的遮光时间分别为、，由此可知遮光条1通过光电门时滑块的速度大小__________m/s。从遮光条1通过光电门到遮光条2通过光电门的过程中，滑块和钩码构成的系统重力势能的减少量__________J，系统动能的增加量__________J。（计算结果均保留三位有效数字） 6．某实验小组采用落体法验证机械能守恒定律，装置如图甲所示。 (1)在该实验中，有几个注意事项，以下描述正确的是______； A．实验时应先释放纸带，再启动打点计时器 B．可以选用体积很大的重锤，且需要称出重锤的质量 C．为减小摩擦阻力，需要调整打点计时器的限位孔在同一竖直线上 (2)已知当地的重力加速度g取9.8m/s2，交流电的频率f=50Hz，重锤的质量m=1kg，则根据纸带所给数据（其中O点为打点计时器打下的第一个点），可知OC过程中，重锤动能的增加量______J（结果保留2位有效数字），重锤重力势能的减少量，一般情况下，这是因为______； (3)如果用图像法处理数据，则从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点下落的高度h，并计算出各点速度的平方v2，以v2为纵轴，h为横轴建立直角坐标系，根据实验数据作出如图丙所示的图线，在实验误差允许范围内，若图像斜率为______（用字母g表示），则验证了机械能守恒定律。 7．某物理实验小组利用如图所示装置探究机械能守恒定律。    (1)以下实验操作正确的是________； A．实验中可以用v2=2gh来计算重物的瞬时速度 B．实验中应先接通打点计时器的电源，后释放纸带 C．实验中需要用到天平、刻度尺、秒表 D．实验中所使用的电源为直流电源 (2)实验中得到图乙所示纸带，在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC，已知当地的重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T，设重物的质量为m，则从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减小量为ΔEp=________，动能的增加量为ΔEk=________，在误差范围内ΔEp=ΔEk； (3)该实验通常用体积小、质量大的重物以减小下落过程中受到阻力的作用，请你思考还有哪些方式可以减小阻力？________（只写一条即可）。 8．在“验证机械能守恒定律”的一次实验中，重物拖着纸带自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示，已知相邻计数点的时间间隔为0.02s，回答以下问题： (1)关于本实验，下列说法中正确的是（　　） A．图甲中两限位孔必须在同一竖直线上 B．实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直 C．实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源 D．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置 (2)某同学用如图甲所示装置进行实验，得到如图乙所示的纸带，把第一个点（初速度为零）记作O点，测出点O、A间的距离，点A、C间的距离，点C、E间的距离，已知当地重力加速度为，重物的质量为，则打点计时器在打O点到C点的这段时间内，重物动能的增加量为____J，重力势能的减少量为_______J；（结果均保留两位小数） (3)在实验中发现，重物减少的重力势能大于重物增加的动能，其原因主要是____________。 9．利用图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。 (1)除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电火花打点计时器外，在下列器材中，还必须使用的器材是 。 A．220V交流电源 B．交流电源 C．毫米刻度尺 D．天平（含砝码） (2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。O点是重锤开始下落时刻打出的点，ABC是按打点先后顺序选取的三个连续点，测得它们到起始点“O”的距离分别为、、。设打出相邻点的时间间隔为T，如果在误差允许的范围内，满足下列表达式 即可验证重物机械能守恒。（重力加速度为g） A． B． C． D． 10．用如图所示的装置完成“验证机械能守恒定律”的实验，回答下列问题： (1)关于该实验，下列说法中正确的是（　　） A．选重物时，重的比轻的好，体积大的比体积小的好 B．称量重物的质量一定要准确，否则会造成较大误差 C．手提纸带，先接通电源再松开纸带让重物落下 D．做实验时应将打点计时器竖直地架稳 (2)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的（　　） A．动能变化量与势能变化量 B．速度变化量和势能变化量 C．速度变化量和高度变化量 (3)根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是图中的（　　） A． B． C． D． 11．研究自由下落物体的机械能 实验器材 铁架台（带铁夹）、_____________、重物（带夹子）、________、复写纸（或墨粉盘）、导线、毫米刻度尺、交流电源。 实验步骤 （1）安装装置：按图1甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。 （2）打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到3~5条打好点的纸带。 （3）选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置之间的距离Δh及两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。 数据处理 （1）计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式，计算出某一点的瞬时速度vn。 （2）验证方法 方法一：利用起始点和第n点。 选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内mghn=，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：任取两点A、B． 如果在实验误差允许范围内，则机械能守恒定律得到验证。 方法三：图像法（如图所示）。 若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律得到验证。 误差分析 本实验的误差主要是纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。 注意事项 （1）安装打点计时器时，要使两限位孔的中线在__________，以减小摩擦阻力。 （2）应选用质量和密度较________的重物。 （3）实验时，应先_______，让打点计时器正常工作后再___________。 （4）本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。 （5）速度不能用v=gt或v=计算，应根据纸带上测得的数据，利用计算瞬时速度。 12．在“验证机械能守恒定律”的实验中 (1)下列操作正确的是________ A． B． C． (2)如图是实验中获得的一条纸带，其中为打点计时器打下的第一个点，并测得下落高度如图所示。已知重物质量为，打点周期为，重力加速度为，则打下“D”点时，重锤下落的速度大小________，重锤从O点下落到D点的重力势能减少量________（用图中所给字母及、、表示） (3)实验中某同学的实验数据结果显示：重物动能的增加量大于重力势能的减少量，则可能的原因________（多选） A．空气对重物有阻力和打点计时器对纸带有阻力 B．利用公式计算重物速度 C．未静止释放，O点有初速度 D．电压的频率小于50Hz 13．某实验小组通过实验验证机械能守恒定律。 (1)该小组用如图所示的器材进行实验，下列图中实验操作正确的是______。 A． B． C． D． (2)该小组进行实验后得到如图甲所示的纸带，把第一个点（初速度为零）记作O点，测出点A、C间的距离s1=7.62cm，点C、E间的距离s2=9.18cm，打点计时器所用电源的频率为50Hz。由图甲可计算出打点计时器打下C点时重物下落的瞬时速度vC=______m/s。（结果保留两位有效数字） (3)该小组测量从第一点O到其余各点间的距离为重物下落的高度h，并计算出各点对应的速度v，然后以v²为纵轴，以h为横轴，作出如图乙所示的v2-h图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率约为______（填选项字母）的直线，则验证了机械能守恒定律。（重力加速度大小取9.8m/s2） A．4.9 B．9.8 C．19.6 14．利用如图所示的实验装置，将重物由静止释放，通过对打出的纸带进行测量，可以验证机械能守恒定律。 (1)关于本实验，描述正确的是________ A．需要选取质量大、体积小的重物 B．不需要测出重物的质量即可验证机械能守恒定律 C．可以通过多次测量取平均值的方法减小由于空气阻力产生的误差 D．手靠近打点计时器的位置释放纸带 (2)测量得到多组数据后可以绘制重物速度v的平方与下落高度h的关系图像验证机械能守恒定律，则________。 A．若图线是过原点的直线，说明自由落体运动过程机械能守恒 B．所绘制出的图像一定通过坐标原点 C．需要打出多条纸带进行测量才能获得描点所需数据 D．通过做图像的方法，可有效减小偶然误差 (3)某次实验打出的纸带如图乙所示，O点为打出的第一个点，已知相邻计数点之间的打点间隔为T，测得从合适位置开始选取的三个连续点A、B、C到O点的距离分别为、、；利用上述测量数据，可以验证________段过程机械能守恒（用图中字母表示`）。 15．某实验小组利用打点计时器做“验证机械能守恒定律”的实验。 (1)以下三种测量速度的方案中，合理的是__________。 A．测量下落高度h，通过算出瞬时速度v B．测量下落时间t，通过v=gt算出瞬时速度v C．根据纸带上某点的相邻两点间的平均速度，得到该点瞬时速度v (2)按照正确的操作得到图1所示的一条纸带，在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC，已知重物的质量为m，当地重力加速度为g，打点计时器打点周期为T。从打O点到打B点的过程中，重物重力势能的减少量为___________，动能的增加量为___________。 (3)完成上述实验后，某同学采用传感器设计了新的实验方案验证机械能守恒，装置如图2所示。他将宽度均为d的挡光片依次固定在圆弧轨道上，并测出挡光片距离最低点的高度h，摆锤上内置了光电传感器，可测出摆锤经过挡光片的时间Δt。某次实验中记录数据并绘制图像，以h为横坐标，若要得到线性图像，应以___________为纵坐标，并分析说明如何通过该图像验证机械能守恒___________。 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $