資源簡介

7.5實驗：驗證機械能守恒定律
滿分：68
班級：
姓名：
考號：
一、實驗題（組）（共8小題，共68分）
1.某學習小組使用如圖1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。
把一個直徑為的小球用不可伸長的細線懸掛，光電門置于小球平衡位置處，其光線恰好通過小球球心，
計時器與光電門相連。
將小球拉離平衡位置并記錄其高度，然后由靜止釋放（運動平面與光電門光線垂直），記錄小球經過光
電門的擋光時間△t。改變h,測量多組數據。已知重力加速度為g,忽略阻力。
(6分)
:n
光電門
計時器
圖1
(1)以h為橫坐標，
(填“At”、“(△t)2”、“是”或“1
(△t)2
”)為縱坐標作
△t
直線圖。若所得圖像過原點，且斜率為
(用d和g表示)，即可證明小球在運動過程中機
械能守恒。
(3分)
(2)實驗中，用游標卡尺測得小球直徑d=20.48mm。
①由結果可知，所用的是
分度的游標卡尺（填“10”、“20”或“50”）；
②小組設計了一把25分度的游標卡尺，未測量時的狀態如圖2所示。如果用此游標卡尺測量該小
球直徑，則游標尺上第
條刻度線與主尺上的刻度線對齊。
5
67891011121314151617181920
(3分)
圖2
2.小明同學探究機械能守恒定律，實驗裝置如圖1。實驗時，將小鋼球在斜槽上某位置A由靜止釋放，鋼
球沿斜槽通過末端0處的光電門，光電門記錄下鋼球的遮光時間t。用游標卡尺測出鋼球的直徑d,由
V=號得出其通過光電門的速度v,再計算出動能增加量△Ek=m2。用刻度尺測得鋼球下降的高度
h,計算出重力勢能減少量△Ep
光電門
光電門
圖3
(15分)
圖1
(1)安裝實驗裝置的操作有：
①在斜槽末端安裝光電門
②調節斜槽在豎直平面內
③調節斜槽末端水平
④將斜槽安裝到底座上
其合理的順序是
(選填“A”“B”或“C”)。(3分)
A.①②③④
B.④②③①
C.④①②③
(2)測量鋼球直徑的正確操作是圖2中
(選填“甲”或“乙”)所示的方式。
(3分)
圖2
(3)在斜槽上5個不同的位置由靜止釋放鋼球。測量得出的實驗數據見表1。已知鋼球的質量m=0.0
2kg,重力加速度g9.80m/s2。請將表1的數據補充完整。
表
h/(10-2m)
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
4E,/(10-3J)
4.90
6.25
7.45
8.78
10.0
4E,/(10-3J)
7.84
9.80
11.8
13.7
(3分)
(4)實驗數據表明，△Ek明顯小于△E。,鋼球在下降過程中發生機械能的損失。小明認為，機械能
的損失主要是由于鋼球受到的摩擦力做功造成的。
為驗證此猜想，小明另取一個完全相同的斜槽按圖3平滑對接。若鋼球從左側斜槽上A點由靜止釋
放，運動到右側斜槽上，最高能到達B點，A、B兩點高度差為H。則該過程中，摩擦力做功大小的
理論值W理
(用m、g、H表示)。7.5實驗：驗證機械能守恒定律
滿分：68
班級：
姓名：
考號：
一、實驗題（組）（共8小題，共68分）
1.某學習小組使用如圖1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。
把一個直徑為的小球用不可伸長的細線懸掛，光電門置于小球平衡位置處，其光線恰好通過小球球心，
計時器與光電門相連。
將小球拉離平衡位置并記錄其高度，然后由靜止釋放（運動平面與光電門光線垂直），記錄小球經過光
電門的擋光時間△t。改變h,測量多組數據。已知重力加速度為g,忽略阻力。
(6分)
光電門
計時器
圖1
(1)以h為橫坐標，
(填“△t”、“(△t)2”、“是”或“1
”)為縱坐標作
△t
(△t)2
直線圖。若所得圖像過原點，且斜率為
(用d和g表示)，即可證明小球在運動過程中機
械能守恒。
(3分)
正確答案：
2g
(4t)2’
答案解析：
如果機械能守恒，則滿足mgh=
m2,又v是得neh號
h,斜率為=2g
(2)實驗中，用游標卡尺測得小球直徑d=20.48m。
①由結果可知，所用的是分度的游標卡尺（填“10”、“20”或“50”）；
②小組設計了一把25分度的游標卡尺，未測量時的狀態如圖2所示。如果用此游標卡尺測量該小
球直徑，則游標尺上第
條刻度線與主尺上的刻度線對齊。
567891011121314151617181920
(3分)
圖2
正確答案：
①50：②12。
答案解析：①根據游標卡尺讀數的規則可知，以mm為單位，且小數點后面兩位讀數，末位是偶數的，只
能是游標尺讀數×0.02m得出的計算結果，故用的是50分度的游標卡尺：
②此游標卡尺上的一小格真實長度為蘭m=0.96m,故游標尺的精確度為1m-0.96mm-0.04m,小球直徑
25
d=20mm+n×0.04mm=20.48mm,故n=12,故游標尺上第12條刻度線與主尺上的刻度線對齊。
2.小明同學探究機械能守恒定律，實驗裝置如圖1。實驗時，將小鋼球在斜槽上某位置A由靜止釋放，鋼
球沿斜槽通過末端0處的光電門，光電門記錄下鋼球的遮光時間t。用游標卡尺測出鋼球的直徑d,由
v=得出其通過光電門的速度y,再計算出動能增加量△Ek=m2。用刻度尺測得鋼球下降的高度
1
h,計算出重力勢能減少量△Ep
光電門
光電門
圖3
(15分)
圖1
(1)安裝實驗裝置的操作有：
(①在斜槽末端安裝光電門
②調節斜槽在豎直平面內
③調節斜槽末端水平
④將斜槽安裝到底座上
其合理的順序是
(選填“A”“B”或“C”)。(3分)
A.①②③④
B.④②③①
C.④①②③
正確答案：B
答案解析：正確步驟為將斜槽安置于底座上，先調節斜槽在豎直平面內，再調節斜槽末端水平，最后安
裝光電門，故合理的順序是：④②③①，故AC錯誤，B正確。
故選：B。7.5實驗：驗證機械能守恒定律
滿分：68
班級：________ 姓名：________ 成績：________
一、實驗題（組）（共8小題,共68分）
某學習小組使用如圖1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。
把一個直徑為d的小球用不可伸長的細線懸掛，光電門置于小球平衡位置處，其光線恰好通過小球球心，計時器與光電門相連。
將小球拉離平衡位置并記錄其高度h,然后由靜止釋放（運動平面與光電門光線垂直），記錄小球經過光電門的擋光時間Δt。改變h,測量多組數據。已知重力加速度為g,忽略阻力。
（6分）
(1) 以h為橫坐標，_______（填“Δt”、“（Δt）2”、“”或“”）為縱坐標作直線圖。若所得圖像過原點，且斜率為 _______（用d和g表示），即可證明小球在運動過程中機械能守恒。（3分）
(2) 實驗中，用游標卡尺測得小球直徑d=20.48mm。
①由結果可知，所用的是 _______分度的游標卡尺（填“10”、“20”或“50”）；
②小組設計了一把25分度的游標卡尺，未測量時的狀態如圖2所示。如果用此游標卡尺測量該小球直徑，則游標尺上第 _______條刻度線與主尺上的刻度線對齊。
（3分）
小明同學探究機械能守恒定律，實驗裝置如圖1。實驗時，將小鋼球在斜槽上某位置A由靜止釋放，鋼球沿斜槽通過末端O處的光電門，光電門記錄下鋼球的遮光時間t。用游標卡尺測出鋼球的直徑d,由得出其通過光電門的速度v,再計算出動能增加量。用刻度尺測得鋼球下降的高度h,計算出重力勢能減少量ΔEp。
（15分）
(1) 安裝實驗裝置的操作有：
①在斜槽末端安裝光電門 ②調節斜槽在豎直平面內
③調節斜槽末端水平 ④將斜槽安裝到底座上
其合理的順序是_______（選填“A”“B”或“C”）。（3分）
A.①②③④ B.④②③① C.④①②③
(2) 測量鋼球直徑的正確操作是圖2中_______（選填“甲”或“乙”）所示的方式。
（3分）
(3) 在斜槽上5個不同的位置由靜止釋放鋼球。測量得出的實驗數據見表1。已知鋼球的質量m=0.02kg,重力加速度g=9.80m/s2。請將表1的數據補充完整。
（3分）
(4) 實驗數據表明，ΔEk明顯小于ΔEp，鋼球在下降過程中發生機械能的損失。小明認為，機械能的損失主要是由于鋼球受到的摩擦力做功造成的。
為驗證此猜想，小明另取一個完全相同的斜槽按圖3平滑對接。若鋼球從左側斜槽上A點由靜止釋放，運動到右側斜槽上，最高能到達B點，A、B兩點高度差為H。則該過程中，摩擦力做功大小的理論值W理=_______（用m、g、H表示）。
（3分）
(5) 用圖3的裝置，按表1中所列部分高度h進行實驗，測得摩擦力做功大小W測。由于觀察到H值較小，小明認為，AO過程摩擦力做功近似等于AB過程的一半，即。然后通過表1的實驗數據，計算出AO過程損失的機械能ΔE=ΔEp-ΔEk。整理相關數據，見表2。
表2
h/（10-2m） 4.00 5.00 6.00 7.00
ΔE/（10-3J） 2.94 3.55 4.35 4.92
Wf/（10-3J） 0.98 1.08 1.18 1.27
表2中ΔE與Wf相差明顯。小明認為這是由于用近似計算Wf不合理。你是否同意他的觀點？請根據表2數據簡要說明理由。（3分）
如圖所示，質量分別為m1和m2的兩個小物塊A和B分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1＞m2。現要利用此裝置驗證機械能守恒定律。
（6分）
(1) 若選定物塊A從靜止開始下落的過程進行測量，則需要測量的物理量有_______(填選項前的字母)。
A．物塊的質量m1、m2 B．物塊A下落的距離
C．物塊A下落這段距離所用的時間 D．繩子的長度（2分）
(2) 為提高實驗結果的準確程度，某小組同學對此實驗提出了以下建議，其中確定對提高實驗結果的準確程度有用的是_______(填選項前的字母)。
A．繩的質量要輕 B．在輕質繩的前提下，繩子越長越好
C．盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖晃 D．兩個物塊的質量之差要盡可能小（2分）
(3) 寫出一條上面沒有提到的對提高實驗結果的準確程度有益的建議：________。（2分）
實驗題（6分）
(1) 在“利用重錘做自由落體運動驗證機械能守恒定律”的實驗中，有關重錘的質量，下列說法正確的是____。
A．應選用質量較大的重錘，使重錘和紙帶所受的重力遠大于它們所受的阻力
B．應選用質量較小的重錘，使重錘的慣性小一些，下落時更接近于自由落體運動
C．不需要稱量重錘的質量
D．必須稱量重錘的質量（2分）
(2) 在該實驗中，選定了一條較為理想的紙帶，如圖所示，“0”為起始點，以后紙帶上所打的各點依次記為1，2，3，…，測得的x1，x2，x3，…是重錘從開始運動到各時刻的位移。已知打點計時器的打點周期為T，重錘質量為m，重力加速度為g，則當打點計時器打點“4”時，重錘動能的表達式為_____；從“0”點到“4”點的過程中重錘重力勢能的減少量表達式為_____。
（4分）
如圖為一種利用氣墊導軌“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置。 主要實驗步驟如下：
① 將氣墊導軌放在水平桌面上，將導軌調至水平。
② 測出擋光條的寬度d。
③ 將滑塊移至圖示位置，測出擋光條到光電門的距離l。
④ 釋放滑塊，讀出擋光條通過光電門的擋光時間t。
⑤ 用天平稱出托盤和砝碼的總質量m。
⑥ ……
回答下列問題：（8分）
(1) 在滑塊從靜止釋放到運動到光電門的過程中，系統的重力勢能減少了_______。（2分）
(2) 擋光條通過光電門的速率為_______。（2分）
(3) 為驗證機械能守恒定律，還需要測量的物理量是_____________。(寫出物理量的名稱及符號)。（2分）
(4) 若要符合機械能守恒定律的結論，以上測得的物理量應該滿足的關系是（2分）
如圖甲為“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置示意圖。
（9分）
(1) 為完成此實驗，除了圖中所示器材，還必需的器材有_______(填字母，多選) （3分）
A.刻度尺 B.秒表 C.天平 D.交流電源
(2) 實驗中，下列操作正確的是_______(填字母，多選) （3分）
A.要用秒表測量時間 B.重物的質量應盡可能大些
C.先接通電源，后釋放紙帶 D.先釋放紙帶，后接通電源
(3) 如圖乙是該實驗小組打出的一條點跡清晰的紙帶，紙帶上的O點是起始點，選取紙帶上連續的點A、B、C、D、E、F作為計數點，并測出各計數點到O點的距離依次為27.94cm、32.78cm、38.02cm、43.65cm、49.66cm、56.07cm。已知打點計時器所用的電源是50Hz的交流電，重物的質量為0.5kg，則從計時器打下點O到打下點D的過程中，重物減小的重力勢能△EP=______J，重物增加的動能△Ek=______J，兩者不相等的原因可能是________(取g=9.8m/s，計算結果保留三位有效數字)（3分）
現利用如圖所示的裝置“驗證機械能守恒定律”。圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30°，1和2是固定在斜面上適當位置的兩個光電門，與它們連接的光電計時器都沒有畫出。讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的光電計時器顯示的擋光時間分別為10-2s、10-2s。已知滑塊質量為2.00kg，滑塊沿斜面方向的長度為5.00cm，光電門1和2之間的距離為0.54m，g取9.80m/s2，取滑塊經過光電門時的速度為其平均速度。(結果均保留3位有效數字)
（10分）
(1) 滑塊通過光電門1時的速度v1=______m/s，通過光電門2時的速度v2=_______m/s。（4分）
(2) 滑塊通過光電門1、2之間的動能增加量為________J，重力勢能的減少量為_______J。（4分）
(3) 實驗可以得出的結論：________。（2分）
某同學利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05s閃光一次，圖中所標數據為實際距離，小球質量m=0.2kg。(當地重力加速度g取9.8m/s2，結果均保留3位有效數字)
（8分）
(1) 從t2到t5時間內，重力勢能增量Ep=_______J，動能減少量Ek=_______J。（4分）
(2) 在誤差允許的范圍內，若Ep與Ek近似相等，從而驗證了機械能守恒定律。由上述計算得Ep________Ek(選填“＞”“＜”或“=”)，造成這種結果的主要原因是________。（4分）

第2頁
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