8.5 实验：验证机械能守恒定律 拔高练习卷-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拔高练习卷 1．用如图所示的装置验证机械能守恒定律。光滑水平桌面左端固定一竖直挡板，轻弹簧一端与挡板连接，另一端与质量为的小车（含挡光板）相连，小车右侧通过细线绕过定滑轮悬挂一砝码盘。光电门可固定在桌面边缘不同位置，测量挡光板的挡光时间。刻度尺固定在桌面边缘可记录小车位置。实验过程如下： ①用游标卡尺测出挡光板的宽度； ②调节桌面至水平，让小车不与弹簧连接、不挂砝码盘能静止在桌面上任意位置； ③小车与弹簧右端连接，静止时记录挡光板中心的位置刻度，并将光电门固定在处； ④挂上砝码盘，向盘中逐个缓慢添加砝码至挡光板中心位置在刻度处； ⑤取下砝码盘和砝码，再用外力沿弹簧轴向拉小车，让挡光板中心至刻度处，并由静止释放，记录挡光板第一次通过光电门的时间；用天平称得砝码盘和砝码总质量为。 回答问题： (1)挡光板通过光电门的速度大小_____； (2)向盘中逐个缓慢添加砝码，在挡光板中心从刻度处到处的过程中，拉力对弹簧做的功_____； (3)取下砝码盘和砝码后，弹簧和小车组成的系统，在挡光板中心从刻度处到处的过程中，弹簧弹性势能减少量等于，小车动能的增加量_____。在实验误差范围内，若，则验证了弹簧和小车组成的系统机械能守恒。 2．小明用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。将直径为，质量为的小球从点由静止下落，小球球心正下方（）处固定一个光电门，小球经过光电门的挡光时间可由计时器测出，重力加速度为 (1)小球经过光电门时的速度________；（用题中字母表示） (2)小球从下落到的过程中，重力势能减少量为________；（用题中字母表示） (3)改变，重复实验得到多组数据，以为纵轴，以为横轴作图像，得到了一条过原点直线。若小球下落过程中机械能守恒，则该直线其斜率为________；（用题中字母表示） (4)若小球下落时，由于操作失误，使球心偏向光电门激光束的左侧，俯视图如图乙所示。则测量所得小球经过光电门时的动能与原操作相比________（填“偏大”“偏小”或“相等”）。 3．用如图1所示装置完成“验证机械能守恒定律”实验，已知当地重力加速度g=9.8m/s2。 (1)以下四种测量方案中，合理的是 ___________。 A．直接测量下落高度h和下落时间t，通过v=gt算出瞬时速度v B．直接测量下落高度h，通过v2=2gh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，得到该点的瞬时速度v，再由v2=2gh算出高度h D．直接测量下落高度h，根据纸带上某点的相邻两点间的平均速度，得到该点的瞬时速度v (2)在纸带上确定计数点时，选取起始点为第1个计数点，得到的纸带如图2所示，已知交流电源频率为50 Hz，打下B点时重物的速度为 ___________m/s（结果保留3位有效数字）。 (3)测得重物的质量m=0.2kg，重物由O点运动到C点时重力势能的减小量为 ___________J（结果保留2位有效数字）。如果在误差允许范围内重力势能减小量与动能增加量相等，则可证明机械能守恒。 4．某同学用如图甲所示装置“验证机械能守恒定律”时，所用交流电源的周期为T，得到如图乙所示的纸带。选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，重物的质量为m，已知重力加速度为g。 (1)关于上述实验，下列说法中正确的是（　　） A．重物最好选择密度较大的物块 B．电磁打点计时器的工作电压是直流8V左右 C．实验中应先释放纸带，后接通电源 D．可以利用公式来求解瞬时速度 (2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能总是大于重物增加的动能，原因是______。 (3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离s，则以为纵坐标、s为横坐标画出的图像应是下列选项中的______。 A． B． C． D． 5．小宁同学利用“落体法”验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，装置中物体A质量为，物体B质量为，且，绳与滑轮质量均可忽略，不计一切摩擦，重力加速度为。初始时用外力使两物体保持静止。 (1)撤去外力，测得物体A下降高度为时，物体B速度为，若表达式__________（用题中所给的物理量表示）成立，则两物体及绳构成的系统机械能守恒。 (2)实验时发现缺少天平，无法测出物体的质量。物体A是标准砝码，其质量，小宁同学利用该实验装置求出物体B的质量。操作如下：连接好实验装置后，撤去外力，两物体运动并带动纸带开始打点，打出的纸带如图乙所示，已知打点计时器的工作电源频率为，在纸带上选定的相邻两个计数点之间还有四个点未画出，则两物体运动的加速度大小为__________。当地重力加速度取，则物体B的质量__________。（结果均保留三位有效数字） 6．某同学用如图（甲）所示的装置验证机械能守恒定律。将钢制的圆柱用细线悬挂在铁架台上，在其下方固定一个带有软笔尖的电动机。接通电源后，电动机匀速转动（转动周期为T），软笔尖每转一周就在圆柱表面画上一条痕迹。实验时，先启动电动机，稳定后再烧断细线使圆柱自由下落，圆柱表面留下一系列痕迹，如图（乙）所示。现测得痕迹O到痕迹A、B、C、D、E距离分别为、、、、。已知当地重力加速度为g。 (1)实验中选择电动机转动的周期T远小于圆柱下落时间，其目的是________。 A．便于在圆柱上画出清晰的痕迹 B．保证圆柱下落过程中受力均匀 C．使圆柱在任意相邻痕迹间的运动可近似为匀速运动 D．获得足够多的测量痕迹，减小测量的偶然误差 (2)为测量图乙中痕迹C的速度，应使用的计算式为________。（用、和T表示） (3)若测得多组圆柱下落距离h和对应速度v的数据，绘制出图像。在实验误差允许范围内，若图线是一条倾斜直线，其斜率近似等于________，则可认为圆柱下落过程中机械能守恒。 7．实验小组利用图1所示装置验证机械能守恒定律。可选用的器材有：交流电源（频率50Hz）、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等。 (1)下列步骤中，有4个是必需且正确的，请选择出来并按顺序排列，________（填步骤前面的序号） ①先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带 ②先释放纸带，然后再接通电源，打点计时器开始打点 ③用电子天平称量重锤的质量 ④将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端 ⑤在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据 ⑥关闭电源，取下纸带 (2)图2所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离。则打出B点时重锤下落的速度大小为________m/s（保留3位有效数字）。 (3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h，计算相应的重锤下落速度v，并绘制图3所示的关系图像。理论上，若机械能守恒，图中直线应通过原点且斜率为________（用重力加速度大小g表示）。由图3得直线的斜率________（保留3位有效数字）。 (4)定义单次测量的相对误差，其中是重锤重力势能的减小量，是其动能增加量，则实验相对误差为________（用字母k和g表示）。 8．物理实验小组利用如图所示的装置验证机械能守恒定律。定滑轮固定在铁架台上，一根不可伸长的轻绳跨过滑轮，两端分别系有重锤A和B，质量分别为和，A的质量大于B的质量。重锤A上固定着一个宽度为d的遮光条（质量可忽略不计），遮光条的正下方固定一光电门。测得初始时遮光条中心与光电门中心的竖直距离为h，将重锤A由静止释放，遮光条通过光电门的遮光时间为，重力加速度为g。 (1)重锤A通过光电门时的速度大小为________。 (2)多次改变h，测得不同的，获得多组数据。若两个重锤组成的系统（含遮光条）机械能守恒，则应该满足________（填选项前的字母），做出对应的图像，则图像斜率为________（用题目中所给字母表示）。 A．    B．    C．    D． 9．(1)如图甲为斜面小车实验装置，关于该装置在力学实验中的操作与说法正确的是___________（填正确答案标号）。 A．操作时先开启电源，待计时器工作稳定后再释放小车，同时防止小车和滑轮相碰而掉落到地面 B．用该装置在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，钩码质量较大时，可以把右端适当垫高 C．用该装置在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，平衡阻力是为了让钩码的重力代替细线的拉力 (2)利用如图乙装置做“验证机械能守恒定律”实验。实验后选出的纸带如图丙所示，为验证机械能守恒，需要获得打点“1”和打点“13”的速度v1和v13、两打点的间距h以及重力加速度。以下几种测量方案，其中正确的是__________（填正确答案标号）。 A．用刻度尺测h，g取当地的重力加速度，由v＝gt计算出速度v1和v13 B．用刻度尺测h，g取当地的重力加速度，由纸带数据算出瞬时速度v1和v13 C．由纸带数据算出瞬时速度v1和v13，g取当地的重力加速度，由计算出高度h D．由纸带数据算出瞬时速度v1和v13，用刻度尺测出h，由计算出重力加速度 (3)将重锤换成磁铁，如图丁所示，在纸带限位孔的正下方竖直放置一铜管，且与限位孔在同一竖直线上，探究磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律。经正确操作后，得到一条如图戊所示的纸带，每个计数点标为O，a，b，…，为了得到b点的速度，计算公式比更合理的理由是______________（填正确答案标号）。 A．ac段的平均速度更接近b点瞬时速度 B．O点读数误差大，不宜选用 C．，被测量数值越大，误差越大 D．ac段速度变化更小，计算更准确 (4)打点计时器所接交流电频率为50 Hz，则磁铁收尾速度vL＝_________cm/s（结果保留三位有效数字）。 10．实验小组用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。光电门安装在铁架台上，物块A与B由绕过定滑轮的细绳相连，物块A上装有宽度为的遮光条，总质量为，物块B的质量为。初始时A处于地面上，细线竖直，遮光条到光电门的高度为，现将物块A由静止释放，记录遮光条通过光电门的时间，重力加速度为。 (1)遮光条经过光电门时物块A的速度___________（用d、t表示） (2)从物块A释放至遮光条经过光电门的过程中，A、B组成的系统动能的增加量为__________，系统重力势能的减少量为___________。在误差允许的范围内，若，则系统的机械能守恒；（结果用题目所给字母表示） (3)改变光电门的位置，重复上述实验操作，得到多组v、h的值，绘制出图像，如图乙所示，若测得，则重力加速度___________（结果保留2位有效数字）。 11．在验证机械能守恒定律的实验中，某同学采用如图装置，绕过定滑轮的细线上悬挂质量相等的重物A和B，在B下面再挂钩码C。已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz。 (1)如图所示，在重物A下方固定打点计时器，用纸带连接A，测量A的运动情况，下列操作过程正确的是（　　） A．安装打点计时器时工作面要竖直放置，同时让两限位孔的中心在同一竖直线上 B．接通电源前让重物A尽量靠近打点计时器 C．应选取最初第1、2两点间距离接近2mm的纸带 (2)某次实验结束后，打出的纸带的一部分如图所示，A、B、C为三个相邻计时点，则打下B点时重锤的速度________m/s；（结果保留三位有效数字） (3)如果本实验室电源频率大于50Hz，则瞬时速度的测量值________（选填“偏大”或“偏小”）； (4)已知重物A和B的质量均为M，钩码C的质量为m，某次实验中从纸带上测量重物A由静止上升高度为h时对应计时点的速度为v，取重力加速度为g，则验证系统机械能守恒定律的表达式是________； (5)为了测定当地的重力加速度，改变钩码C的质量m，测得多组m和对应的加速度a，作出图像如图所示，图线与纵轴截距为b，则当地的重力加速度为________。 12．在物理学科文化节上，小明同学用如图1所示的装置验证轻弹簧和小物块（带有遮光条）组成的系统机械能守恒并测量当地的重力加速度。查到了弹簧弹性势能的表达式为（k为劲度系数，x为弹簧的形变量），具体实验操作如下： a.将弹簧的一端固定于地面，另一端A系上轻质细绳，细绳绕过定滑轮，拴接带有遮光条的物块B，测得物块B和遮光条的总质量为m，遮光条的宽度为d； b.遮光条正下方安装可移动的光电门； c.调节物块B的位置，使细绳恰好处于伸直状态，此时A、B在同一水平线上； d.静止释放物块B，记录遮光条通过光电门的时间t以及释放物块B时遮光条到光电门的距离h（d<h）； e.改变光电门的位置，重复实验，每次物块均从同一位置静止释放，记录多组h和对应的时间t，作出图像，若在误差允许的范围内，图像为直线，即可验证轻弹簧和小物块组成的系统机械能守恒。 请回答下列问题： (1)物块B经过光电门时的速度大小为________； (2)小明作出的图像如图2所示，已知图像的纵截距为b，斜率的绝对值为则弹簧的劲度系数为________，当地的重力加速度为________； (3)小明反复调节光电门的位置，发现释放物块B时，若遮光条到光电门的距离分别为和h2，则遮光条通过光电门的时间相等，根据机械能守恒定律可得，________。 13．甲学习小组利用如图1所示的装置验证机械能守恒 (1)下列实验器材中，不必要的是_________ A．刻度尺 B．交流电源 C．秒表 (2)实验中，小白先接通电源，再释放重物，得到图2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。已知当地重力加速度为g。打点计时器打点的周期为T，设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量ΔEp = _________；动能增加量ΔEk =_________。 (3)小白同学通过比较得到，在误差允许范围内ΔEp与ΔEk近似相等他又在纸带上选取多个计数点。测量它们到起始点O的距离：计算出各计数点对应的速度v画出图像，则该图像斜率的物理意义是_________。 (4)小白同学又从纸带上读出计数点B到起始点O的时间t，根据，计算出动能的变化，则、、的大小关系是_________。 A． B． C． D． 乙学习小组用图3所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。 主要实验步骤如下： a、安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。 b、选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点，然后每隔0.1s选取一个计数点，如图4中A、B、C、D、E、F……所示。 c、通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作…… d、以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图5所示。 结合上述实验步骤，请你完成下列问题： (5)在下列仪器和器材中，还必须使用的有_________和_________（填选项前的字母）。 A、电压合适的50Hz交流电源 B、电压可调的直流电源 C、刻度尺 D、秒表 E、天平（含砝码） (6)请在图5中作出v-t图像_________，并观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_________。根据v-t图像计算出小车的加速度_________。 14．如图甲所示是用重锤做自由落体运动来“验证机械能守恒定律”的实验装置。 (1)为了减小实验误差，下列措施可行的是___________； A．重锤选用体积较大且质量较小的 B．重锤选用体积较小且质量较大的 C．打点计时器应固定在竖直平面内 D．应先放手让重锤拖着纸带运动，再通电让打点计时器工作 (2)某同学选取了一条纸带进行测量研究。他舍去了这条纸带上前面比较密集的点，对后面间距较大的且相邻的六个点进行了如图乙所示的测量。已知当地的重力加速度为g，使用的交变电源周期为T=0.02s，第2点的瞬时速度v2=_____ m/s（保留两位有效数据）；重锤为0.4kg，重锤在第2点的动能是______ J（保留两位有效数据） (3)某同学实验计算结果时发现测得的重物重力势能减少量略大于动能增加量，本实验中引起误差的主要原因是______。 15．某学习小组用如图所示的实验装置来验证机械能守恒定律。实验操作步骤如下： ①用天平测出滑块和遮光条的质量M、钩码的质量m； ②调整气垫导轨水平，按图连接好实验装置，固定滑块； ③测量遮光条中点与光电门之间的距离L及遮光条宽度d，将滑块由静止释放，光电门记录遮光条遮光时间t； ④改变遮光条中点与光电门之间的距离L，进行多次实验。 根据上述实验操作过程，回答下列问题： （1）下列关于该实验的说法正确的是_________。 A．实验中必须保证m远小于M B．本实验是验证钩码机械能守恒 C．滑块运动过程中速度大小等于钩码速度大小的一半 D．在调整气垫导轨至水平时，滑块不需要连接钩码 （2）调整气垫导轨至水平，待气流稳定后调节气垫导轨，直至看到导轨上的滑块保持静止或者匀速运动，表示气垫导轨已经调节至水平。 （3）多次改变遮光条到光电门的距离，测出多组L和t，作出随L的变化图像如图所示，图线为过坐标原点的直线，如果在误差允许的范围内当地的重力加速度大小为g=_________时（用字母m、M、a、b、d表示），可以验证机械能守恒定律。 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拔高练习卷 1．用如图所示的装置验证机械能守恒定律。光滑水平桌面左端固定一竖直挡板，轻弹簧一端与挡板连接，另一端与质量为的小车（含挡光板）相连，小车右侧通过细线绕过定滑轮悬挂一砝码盘。光电门可固定在桌面边缘不同位置，测量挡光板的挡光时间。刻度尺固定在桌面边缘可记录小车位置。实验过程如下： ①用游标卡尺测出挡光板的宽度； ②调节桌面至水平，让小车不与弹簧连接、不挂砝码盘能静止在桌面上任意位置； ③小车与弹簧右端连接，静止时记录挡光板中心的位置刻度，并将光电门固定在处； ④挂上砝码盘，向盘中逐个缓慢添加砝码至挡光板中心位置在刻度处； ⑤取下砝码盘和砝码，再用外力沿弹簧轴向拉小车，让挡光板中心至刻度处，并由静止释放，记录挡光板第一次通过光电门的时间；用天平称得砝码盘和砝码总质量为。 回答问题： (1)挡光板通过光电门的速度大小_____； (2)向盘中逐个缓慢添加砝码，在挡光板中心从刻度处到处的过程中，拉力对弹簧做的功_____； (3)取下砝码盘和砝码后，弹簧和小车组成的系统，在挡光板中心从刻度处到处的过程中，弹簧弹性势能减少量等于，小车动能的增加量_____。在实验误差范围内，若，则验证了弹簧和小车组成的系统机械能守恒。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）挡光板的宽度，挡光板通过光电门的时间，因挡光板宽度很小，挡光板通过光电门的速度大小可近似等于这段时间内的平均速度 （2）弹簧在大小为的拉力作用下，伸长量为 根据胡克定律 拉力做功等于弹簧弹性势能的增加量 解得 （3）小车动能的增加量 2．小明用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。将直径为，质量为的小球从点由静止下落，小球球心正下方（）处固定一个光电门，小球经过光电门的挡光时间可由计时器测出，重力加速度为 (1)小球经过光电门时的速度________；（用题中字母表示） (2)小球从下落到的过程中，重力势能减少量为________；（用题中字母表示） (3)改变，重复实验得到多组数据，以为纵轴，以为横轴作图像，得到了一条过原点直线。若小球下落过程中机械能守恒，则该直线其斜率为________；（用题中字母表示） (4)若小球下落时，由于操作失误，使球心偏向光电门激光束的左侧，俯视图如图乙所示。则测量所得小球经过光电门时的动能与原操作相比________（填“偏大”“偏小”或“相等”）。 【答案】(1) (2) (3) (4)大 【详解】（1）小球经过光电门时的速度 （2）小球从A下落到B的过程中，重力势能减少量 （3）本实验验证机械能守恒则有 即 则该直线其斜率为 （4）小球下落时由于球心偏向光电门激光束的左侧，可知用小球的直径表示挡光的位移，计算时位移不变，挡光时间变短，根据知，速度测量值偏大，则测量小球经过光电门B时的动能比真实值大。 3．用如图1所示装置完成“验证机械能守恒定律”实验，已知当地重力加速度g=9.8m/s2。 (1)以下四种测量方案中，合理的是 ___________。 A．直接测量下落高度h和下落时间t，通过v=gt算出瞬时速度v B．直接测量下落高度h，通过v2=2gh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，得到该点的瞬时速度v，再由v2=2gh算出高度h D．直接测量下落高度h，根据纸带上某点的相邻两点间的平均速度，得到该点的瞬时速度v (2)在纸带上确定计数点时，选取起始点为第1个计数点，得到的纸带如图2所示，已知交流电源频率为50 Hz，打下B点时重物的速度为 ___________m/s（结果保留3位有效数字）。 (3)测得重物的质量m=0.2kg，重物由O点运动到C点时重力势能的减小量为 ___________J（结果保留2位有效数字）。如果在误差允许范围内重力势能减小量与动能增加量相等，则可证明机械能守恒。 【答案】(1)D (2)2.07 (3)0.52 【详解】（1）物体下落的高度用刻度尺测出，根据做匀变速直线运动时，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。而不能用或计算出瞬时速度，因为这样就默认了机械能守恒，失去了验证的意义。 故选D。 （2）由题意可知，打点周期为 打下B点时重物的速度为 （3）由题意可知，重物由O点运动到C点时重力势能的减小量为 4．某同学用如图甲所示装置“验证机械能守恒定律”时，所用交流电源的周期为T，得到如图乙所示的纸带。选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，重物的质量为m，已知重力加速度为g。 (1)关于上述实验，下列说法中正确的是（　　） A．重物最好选择密度较大的物块 B．电磁打点计时器的工作电压是直流8V左右 C．实验中应先释放纸带，后接通电源 D．可以利用公式来求解瞬时速度 (2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能总是大于重物增加的动能，原因是______。 (3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离s，则以为纵坐标、s为横坐标画出的图像应是下列选项中的______。 A． B． C． D． 【答案】(1)A (2)重物减少的重力势能有一部分转化为内能。 (3)C 【详解】（1）A．为了尽量减小空气阻力的影响，重物最好选择体积较小、密度较大的物块，故A正确； B．电磁打点计时器的工作电压是交流8V左右，故B错误； C．实验中应先接通电源，后释放纸带，故C错误； D．利用公式来求解瞬时速度，相当于默认了机械能守恒，用实验验证将失去意义，故不能利用公式来求解瞬时速度，故D错误。 故选A。 （2）重物减少的重力势能总是大于重物增加的动能，原因是实验中重物克服空气阻力和纸带与限位孔间的摩擦阻力做功，使得重物减少的重力势能有一部分转化为内能。 （3）根据机械能守恒定律有 得 故与成正比，图像是一条过原点的倾斜直线。 故选C。 5．小宁同学利用“落体法”验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，装置中物体A质量为，物体B质量为，且，绳与滑轮质量均可忽略，不计一切摩擦，重力加速度为。初始时用外力使两物体保持静止。 (1)撤去外力，测得物体A下降高度为时，物体B速度为，若表达式__________（用题中所给的物理量表示）成立，则两物体及绳构成的系统机械能守恒。 (2)实验时发现缺少天平，无法测出物体的质量。物体A是标准砝码，其质量，小宁同学利用该实验装置求出物体B的质量。操作如下：连接好实验装置后，撤去外力，两物体运动并带动纸带开始打点，打出的纸带如图乙所示，已知打点计时器的工作电源频率为，在纸带上选定的相邻两个计数点之间还有四个点未画出，则两物体运动的加速度大小为__________。当地重力加速度取，则物体B的质量__________。（结果均保留三位有效数字） 【答案】(1) (2) 2.00 66.1 【详解】（1）若系统减少的重力势能等于系统增加的动能，则系统机械能守恒，即 （2）[1]题意可知相邻计数点时间间隔 根据逐差法，可知两物体运动加速度 [2]对系统有 代入题中数据，联立解得 6．某同学用如图（甲）所示的装置验证机械能守恒定律。将钢制的圆柱用细线悬挂在铁架台上，在其下方固定一个带有软笔尖的电动机。接通电源后，电动机匀速转动（转动周期为T），软笔尖每转一周就在圆柱表面画上一条痕迹。实验时，先启动电动机，稳定后再烧断细线使圆柱自由下落，圆柱表面留下一系列痕迹，如图（乙）所示。现测得痕迹O到痕迹A、B、C、D、E距离分别为、、、、。已知当地重力加速度为g。 (1)实验中选择电动机转动的周期T远小于圆柱下落时间，其目的是________。 A．便于在圆柱上画出清晰的痕迹 B．保证圆柱下落过程中受力均匀 C．使圆柱在任意相邻痕迹间的运动可近似为匀速运动 D．获得足够多的测量痕迹，减小测量的偶然误差 (2)为测量图乙中痕迹C的速度，应使用的计算式为________。（用、和T表示） (3)若测得多组圆柱下落距离h和对应速度v的数据，绘制出图像。在实验误差允许范围内，若图线是一条倾斜直线，其斜率近似等于________，则可认为圆柱下落过程中机械能守恒。 【答案】(1)D (2) (3)2g 【详解】（1）A．痕迹是否清晰主要取决于笔尖与圆柱的接触情况，与电动机转动周期的大小无直接关系，故A错误； B．圆柱下落过程中的受力情况由重力和空气阻力决定，与记录痕迹的周期无关，故B错误； C．圆柱做自由落体运动，加速度为，相邻痕迹间圆柱做匀加速运动而非匀速运动，故C错误； D．周期越小，在相同的下落时间内留下的痕迹数量越多，可以获得更多的测量数据，通过多组数据求平均或作图可以有效减小测量的偶然误差，故D正确。 故选 D。 （2）圆柱做自由落体运动，属于匀变速直线运动。根据匀变速直线运动的推论，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。痕迹对应时刻是痕迹到痕迹时间段的中间时刻。由图可知，到的距离为 ，到的距离为，则到的距离为。到的时间间隔为 。故 （3）若机械能守恒，则圆柱减少的重力势能等于增加的动能。设圆柱质量为，下落高度为时速度为 ，则有 整理得 由此可知， 图像应为过原点的倾斜直线，其斜率 因此，若图线斜率近似等于，则可认为机械能守恒。 7．实验小组利用图1所示装置验证机械能守恒定律。可选用的器材有：交流电源（频率50Hz）、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等。 (1)下列步骤中，有4个是必需且正确的，请选择出来并按顺序排列，________（填步骤前面的序号） ①先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带 ②先释放纸带，然后再接通电源，打点计时器开始打点 ③用电子天平称量重锤的质量 ④将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端 ⑤在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据 ⑥关闭电源，取下纸带 (2)图2所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离。则打出B点时重锤下落的速度大小为________m/s（保留3位有效数字）。 (3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h，计算相应的重锤下落速度v，并绘制图3所示的关系图像。理论上，若机械能守恒，图中直线应通过原点且斜率为________（用重力加速度大小g表示）。由图3得直线的斜率________（保留3位有效数字）。 (4)定义单次测量的相对误差，其中是重锤重力势能的减小量，是其动能增加量，则实验相对误差为________（用字母k和g表示）。 【答案】(1)④①⑥⑤ (2)1.79 (3) 2g 19.1 (4) 【详解】（1）实验应该先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带，①正确，②错误； 该实验不需要用电子天平称量重锤的质量，③错误； 将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端保持竖直，④正确； 在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据，⑤正确； 关闭电源，取下纸带，⑥正确。 实验正确的顺序为④①⑥⑤。 （2）打出B点时重锤下落的速度大小为 （3）[1]若机械能守恒，则满足 即，则关系图像为通过原点且斜率为2g的直线； [2]由图3得直线的斜率 （4）实验相对误差为 8．物理实验小组利用如图所示的装置验证机械能守恒定律。定滑轮固定在铁架台上，一根不可伸长的轻绳跨过滑轮，两端分别系有重锤A和B，质量分别为和，A的质量大于B的质量。重锤A上固定着一个宽度为d的遮光条（质量可忽略不计），遮光条的正下方固定一光电门。测得初始时遮光条中心与光电门中心的竖直距离为h，将重锤A由静止释放，遮光条通过光电门的遮光时间为，重力加速度为g。 (1)重锤A通过光电门时的速度大小为________。 (2)多次改变h，测得不同的，获得多组数据。若两个重锤组成的系统（含遮光条）机械能守恒，则应该满足________（填选项前的字母），做出对应的图像，则图像斜率为________（用题目中所给字母表示）。 A．    B．    C．    D． 【答案】(1) (2) D 【详解】（1）根据运动学知识可知 （2）[1]根据机械能守恒有 将代入得到 化简得，可以看出，故D正确。 故选D。 [2]由上述可知，图像斜率 9．(1)如图甲为斜面小车实验装置，关于该装置在力学实验中的操作与说法正确的是___________（填正确答案标号）。 A．操作时先开启电源，待计时器工作稳定后再释放小车，同时防止小车和滑轮相碰而掉落到地面 B．用该装置在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，钩码质量较大时，可以把右端适当垫高 C．用该装置在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，平衡阻力是为了让钩码的重力代替细线的拉力 (2)利用如图乙装置做“验证机械能守恒定律”实验。实验后选出的纸带如图丙所示，为验证机械能守恒，需要获得打点“1”和打点“13”的速度v1和v13、两打点的间距h以及重力加速度。以下几种测量方案，其中正确的是__________（填正确答案标号）。 A．用刻度尺测h，g取当地的重力加速度，由v＝gt计算出速度v1和v13 B．用刻度尺测h，g取当地的重力加速度，由纸带数据算出瞬时速度v1和v13 C．由纸带数据算出瞬时速度v1和v13，g取当地的重力加速度，由计算出高度h D．由纸带数据算出瞬时速度v1和v13，用刻度尺测出h，由计算出重力加速度 (3)将重锤换成磁铁，如图丁所示，在纸带限位孔的正下方竖直放置一铜管，且与限位孔在同一竖直线上，探究磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律。经正确操作后，得到一条如图戊所示的纸带，每个计数点标为O，a，b，…，为了得到b点的速度，计算公式比更合理的理由是______________（填正确答案标号）。 A．ac段的平均速度更接近b点瞬时速度 B．O点读数误差大，不宜选用 C．，被测量数值越大，误差越大 D．ac段速度变化更小，计算更准确 (4)打点计时器所接交流电频率为50 Hz，则磁铁收尾速度vL＝_________cm/s（结果保留三位有效数字）。 【答案】(1)AB (2)B (3)A (4)75.0 【详解】（1）A．实验时要先开启电源，再释放小车，同时防止小车和滑轮相碰而掉落到地面，故A正确； B．用该装置在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，钩码质量较大时，可以把右端适当垫高，则小车的加速度减小，以便进行实验，故B正确； C．用该装置在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，平衡阻力是为了让细线的拉力等于小车受到的合力，故C错误。 故选AB。 （2）为验证机械能守恒定律，即验证 应由纸带数据算出瞬时速度v1和v13，用刻度尺测h，g取当地的重力加速度。 故选B。 （3）b点的速度是根据平均速度来计算的，其中越接近于0，则时间内的平均速度越接近b点的瞬时速度，所以ac段的平均速度更接近b点瞬时速度。 故选A。 （4）从纸带可知，纸带上打的点与点间的间隔是先越来越稀疏，然后点与点间的间隔相等，所以磁铁在铜管中先加速运动，后匀速运动，相邻两点时间间隔为 则磁铁收尾速度 10．实验小组用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。光电门安装在铁架台上，物块A与B由绕过定滑轮的细绳相连，物块A上装有宽度为的遮光条，总质量为，物块B的质量为。初始时A处于地面上，细线竖直，遮光条到光电门的高度为，现将物块A由静止释放，记录遮光条通过光电门的时间，重力加速度为。 (1)遮光条经过光电门时物块A的速度___________（用d、t表示） (2)从物块A释放至遮光条经过光电门的过程中，A、B组成的系统动能的增加量为__________，系统重力势能的减少量为___________。在误差允许的范围内，若，则系统的机械能守恒；（结果用题目所给字母表示） (3)改变光电门的位置，重复上述实验操作，得到多组v、h的值，绘制出图像，如图乙所示，若测得，则重力加速度___________（结果保留2位有效数字）。 【答案】(1) (2) (3)9.6 【详解】（1）遮光条经过光电门时物块A的速度为 （2）[1]从物块A释放至遮光条经过光电门的过程中，A、B组成的系统动能的增加量为 [2]此过程，物块A的重力势能增大，物块B的重力势能减小，所以系统重力势能的减少量为 （3）根据 可得 整理可得 则图线的斜率为 解得 11．在验证机械能守恒定律的实验中，某同学采用如图装置，绕过定滑轮的细线上悬挂质量相等的重物A和B，在B下面再挂钩码C。已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz。 (1)如图所示，在重物A下方固定打点计时器，用纸带连接A，测量A的运动情况，下列操作过程正确的是（　　） A．安装打点计时器时工作面要竖直放置，同时让两限位孔的中心在同一竖直线上 B．接通电源前让重物A尽量靠近打点计时器 C．应选取最初第1、2两点间距离接近2mm的纸带 (2)某次实验结束后，打出的纸带的一部分如图所示，A、B、C为三个相邻计时点，则打下B点时重锤的速度________m/s；（结果保留三位有效数字） (3)如果本实验室电源频率大于50Hz，则瞬时速度的测量值________（选填“偏大”或“偏小”）； (4)已知重物A和B的质量均为M，钩码C的质量为m，某次实验中从纸带上测量重物A由静止上升高度为h时对应计时点的速度为v，取重力加速度为g，则验证系统机械能守恒定律的表达式是________； (5)为了测定当地的重力加速度，改变钩码C的质量m，测得多组m和对应的加速度a，作出图像如图所示，图线与纵轴截距为b，则当地的重力加速度为________。 【答案】(1)AB (2)1.05 (3)偏小 (4) (5) 【详解】（1）A．安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上，故A正确； B．为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，接通电源前让重物A尽量靠近打点计时器，故B正确； C．本实验研究对象不是做自由落体运动，无需选取最初第1、2两点间距离接近2mm的纸带，故C错误。 故选AB。 （2）交流电源频率50Hz，打点周期，B点速度 （3） 电源频率大于50Hz，实际打点周期，计算时仍用，由可知，分母偏大，因此速度测量值偏小。 （4）A上升势能增加，B下降势能减少，C下降势能减少，总势能减少量为；系统总动能增加量为 由机械能守恒，势能减少量等于动能增加量，得 （5） 对系统由牛顿第二定律 整理得 图像的纵截距 因此 12．在物理学科文化节上，小明同学用如图1所示的装置验证轻弹簧和小物块（带有遮光条）组成的系统机械能守恒并测量当地的重力加速度。查到了弹簧弹性势能的表达式为（k为劲度系数，x为弹簧的形变量），具体实验操作如下： a.将弹簧的一端固定于地面，另一端A系上轻质细绳，细绳绕过定滑轮，拴接带有遮光条的物块B，测得物块B和遮光条的总质量为m，遮光条的宽度为d； b.遮光条正下方安装可移动的光电门； c.调节物块B的位置，使细绳恰好处于伸直状态，此时A、B在同一水平线上； d.静止释放物块B，记录遮光条通过光电门的时间t以及释放物块B时遮光条到光电门的距离h（d<h）； e.改变光电门的位置，重复实验，每次物块均从同一位置静止释放，记录多组h和对应的时间t，作出图像，若在误差允许的范围内，图像为直线，即可验证轻弹簧和小物块组成的系统机械能守恒。 请回答下列问题： (1)物块B经过光电门时的速度大小为________； (2)小明作出的图像如图2所示，已知图像的纵截距为b，斜率的绝对值为则弹簧的劲度系数为________，当地的重力加速度为________； (3)小明反复调节光电门的位置，发现释放物块B时，若遮光条到光电门的距离分别为和h2，则遮光条通过光电门的时间相等，根据机械能守恒定律可得，________。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1） 遮光条通过光电门的时间为，遮光条的宽度为d，小物块经过光电门时的速度大小为 （2）[1][2]小物块下降距离为，小物块和弹簧整体的机械能守恒 又知 联立解得 已知图像的斜率的绝对值为，纵截距为b，故， 解得， （3） 小物块下降，小物块和弹簧整体的机械能守恒 小物块下降，小物块和弹簧整体的机械能守恒 联立解得 所以 13．甲学习小组利用如图1所示的装置验证机械能守恒 (1)下列实验器材中，不必要的是_________ A．刻度尺 B．交流电源 C．秒表 (2)实验中，小白先接通电源，再释放重物，得到图2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。已知当地重力加速度为g。打点计时器打点的周期为T，设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量ΔEp = _________；动能增加量ΔEk =_________。 (3)小白同学通过比较得到，在误差允许范围内ΔEp与ΔEk近似相等他又在纸带上选取多个计数点。测量它们到起始点O的距离：计算出各计数点对应的速度v画出图像，则该图像斜率的物理意义是_________。 (4)小白同学又从纸带上读出计数点B到起始点O的时间t，根据，计算出动能的变化，则、、的大小关系是_________。 A． B． C． D． 乙学习小组用图3所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。 主要实验步骤如下： a、安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。 b、选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点，然后每隔0.1s选取一个计数点，如图4中A、B、C、D、E、F……所示。 c、通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作…… d、以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图5所示。 结合上述实验步骤，请你完成下列问题： (5)在下列仪器和器材中，还必须使用的有_________和_________（填选项前的字母）。 A、电压合适的50Hz交流电源 B、电压可调的直流电源 C、刻度尺 D、秒表 E、天平（含砝码） (6)请在图5中作出v-t图像_________，并观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_________。根据v-t图像计算出小车的加速度_________。 【答案】(1)C (2) (3)（两倍的当地重力加速度） (4)D (5) A C (6) 见解析 图像为倾斜直线（或斜率恒定） 0.6 【详解】（1）验证机械能守恒实验中，打点计时器可通过打点周期自动计时，不需要秒表；实验需要刻度尺测量纸带上点的间距，需要交流电源为打点计时器供电，因此不必要的器材是秒表。故选C。 （2）从O到B下落高度为，重力势能减少量为 根据匀变速直线运动规律，B点瞬时速度等于AC段平均速度，即 因此动能增加量 （3）若机械能守恒，满足 整理得 因此图像的斜率为，即两倍的当地重力加速度。 （4）重物下落受阻力，重力势能减少量一部分克服阻力做功，因此（是纸带计算的实际动能增量）； 实际重物加速度，即。故选D。 （5）探究小车速度随时间变化规律实验中，打点计时器需要电压合适的50Hz交流电源供电，需要刻度尺测量纸带上点的间距；不需要直流电源、秒表（打点计时器计时）、天平，故选AC。 （6） [1] [2]匀变速直线运动的速度随时间均匀变化，因此图像为倾斜直线（斜率恒定）； [3]加速度，根据图像坐标计算可得加速度约为。 14．如图甲所示是用重锤做自由落体运动来“验证机械能守恒定律”的实验装置。 (1)为了减小实验误差，下列措施可行的是___________； A．重锤选用体积较大且质量较小的 B．重锤选用体积较小且质量较大的 C．打点计时器应固定在竖直平面内 D．应先放手让重锤拖着纸带运动，再通电让打点计时器工作 (2)某同学选取了一条纸带进行测量研究。他舍去了这条纸带上前面比较密集的点，对后面间距较大的且相邻的六个点进行了如图乙所示的测量。已知当地的重力加速度为g，使用的交变电源周期为T=0.02s，第2点的瞬时速度v2=_____ m/s（保留两位有效数据）；重锤为0.4kg，重锤在第2点的动能是______ J（保留两位有效数据） (3)某同学实验计算结果时发现测得的重物重力势能减少量略大于动能增加量，本实验中引起误差的主要原因是______。 【答案】(1)BC (2) 1.5 0.45 (3)重锤下落过程中阻力做负功 【详解】（1）A．如果体积较大而质量较小，空气阻力较大，实验误差大，故A错误； B．实验供选择的重物应该相对质量较大、体积较小的物体，这样能减少阻力的影响，故B正确； C．当打点计时器固定在竖直平面内时，纸带才能被重物带着竖直下落，减小摩擦，故C正确； D．开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误。 故选BC。 （2）[1][2]根据匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等于全程平均速度可知，第2点的瞬时速度 重锤在第2点的动能是 （3）由于纸带通过限位孔时不可避免的受到阻力作用，以及重锤受到的空气阻力，重锤下落过程中阻力做负功，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量大于动能的增加量。 15．某学习小组用如图所示的实验装置来验证机械能守恒定律。实验操作步骤如下： ①用天平测出滑块和遮光条的质量M、钩码的质量m； ②调整气垫导轨水平，按图连接好实验装置，固定滑块； ③测量遮光条中点与光电门之间的距离L及遮光条宽度d，将滑块由静止释放，光电门记录遮光条遮光时间t； ④改变遮光条中点与光电门之间的距离L，进行多次实验。 根据上述实验操作过程，回答下列问题： （1）下列关于该实验的说法正确的是_________。 A．实验中必须保证m远小于M B．本实验是验证钩码机械能守恒 C．滑块运动过程中速度大小等于钩码速度大小的一半 D．在调整气垫导轨至水平时，滑块不需要连接钩码 （2）调整气垫导轨至水平，待气流稳定后调节气垫导轨，直至看到导轨上的滑块保持静止或者匀速运动，表示气垫导轨已经调节至水平。 （3）多次改变遮光条到光电门的距离，测出多组L和t，作出随L的变化图像如图所示，图线为过坐标原点的直线，如果在误差允许的范围内当地的重力加速度大小为g=_________时（用字母m、M、a、b、d表示），可以验证机械能守恒定律。 【答案】 D 【详解】[1]A．本实验不需要用钩码的重力代替绳的拉力，所以实验中不需要保证m远小于M，故A错误； B．本实验中钩码所受绳的拉力做负功，所以钩码的机械能不守恒，应验证滑块和钩码组成的系统机械能守恒，故B错误； C．滑块运动过程中速度大小始终是钩码速度的2倍，故C错误； D．在调整气垫导轨至水平时，滑块不需要连接钩码，故D正确。 故选D。 [2]滑块经过光电门时的速度为 钩码带动滑块运动过程中，若系统机械能守恒，有 联立可得 结合图像可得 所以 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $