8.5 实验：验证机械能守恒定律 同步练习 -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

1．为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用实验系统设计了一个实验，实验装置如图所示，图中A、B两点分别固定了两个速度传感器，速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度。在实验中测得一物体自由下落经过A点时的速度是v1，经过B点时的速度是v2，为了证明物体经过A、B两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个步骤，你认为其中不必要或者错误的是(　　)

A．用天平测出物体的质量

B．测出A、B两点间的竖直距离

C．利用mv－mv算出物体从A点运动到B点的过程中动能的变化量

D．验证v－v与2gh是否相等

2．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器接在6V、50Hz的交流电源上，自由下落的重锤质量为0.5kg，选出一条理想的纸带如图所示，A、B、C为连续打出的点，取g=10m/s2，O为始起点，则：

（1）在实验过程中需要用工具进行直接测量的是_____。

A．重锤的质量

B．重力加速度

C．重锤下降的高度

D．重锤的瞬时速度

（2）打点计时器打B点时，重锤下落的速度=_____m/s，

（3）从起点O到打下点B点的过程中，重锤的重力势能减少量=_____J，动能的增加量=_____J。

（、均保留三位有效数字）。

（4）数据处理的结果比较合理的应当是_____（填“大于”“等于”或“小于”），其原因是_____。

3．某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz，打出纸带的一部分如图（b）所示。

该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他条件进行推算。

（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为______，打出C点时重物下落的速度大小为______，从B→C只要满足公式______就验证了机械能守恒定律。（重力加速度为g）

（2）已测得，，；当地重力加速度大小为，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%，由此推算出f为______Hz。

4．某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。

(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平__________。

(2)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d=____cm，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间∆t=1.2×10-2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为_____m/s（保留两位有效数字）。在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、______和______（文字说明并用相应的字母表示）。

(3)本实验通过比较______和____在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒。

5．（1）在“验证机械能守恒定律”实验中，在下面所列举的该实验的几个操作步骤中，有两项是错误的或者是没有必要进行的，它们是______（填字母代号）

A．按照图1示的装置安装器件

B．将打点计时器接到学生电源的直流输出端上

C．用天平测量出重物的质量

D．先接通电源开关，再放手让纸带和重物下落

E.在打出的纸带上，选取合适的两点，测量两点的速度和他们之间的距离

F.验证减少的重力势能是否等于增加的动能，即验证机械能是否守恒

（2）本次实验中，打点周期为0.02s，自由下落的重物质量为2kg，打出一条理想纸带的数据如图2所示，单位是cm，g取9.8m/s2。点 O、A之间还有多个点没画出，从起点O到打下B点的过程中，重力势能的减少量______J，此过程中物体动能的增量______J，（答案保留三位有效数字），实验结论是______。

6．小明同学用图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验，让重物从静止开始下落，某次实验得到一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示，其中O为打点计时器打下的第一个点，A、B、C、D、E、F为打点计时器连续打下的点，分别测出A、B、C、D、E、F到O点的距离为 ，已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g。

(1)以下实验操作正确的是

A．电磁打点计时器应使用低压直流电源

B．实验前应将纸带穿过打点计时器限位孔，并将重物固定在纸带下端

C．为了使重物下落时受到的阻力影响更小，应选用密度较小的重物