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第1页，共19页验证机械能守恒定律副标题题号一总分得分一、实验题探究题（本大题共15小题，共135.0分）1.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______，重物下落的加速度的大小为______．(2)已测得𝑠1=8.89𝑐𝑚，𝑠2=9.5𝑐𝑚，𝑠3=10.10𝑐𝑚；当重力加速度大小为9.80𝑚/𝑠2，试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．2.在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：(1)下面叙述不正确的是______A、应该用天平称出物体的质量．B、应该选用点迹清晰第一、二两点间的距离接近2mm的纸带．C、操作时应先放纸带再通电．D、电磁打点计时器应接在电压为220V的直流电源上．(2)如图2是实验中得到的一条纸带.已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度𝑔=9.80𝑚/𝑠2，测得所用重物的质量为1.00𝑘𝑔，纸带上第0、1两点间距离接近2𝑚𝑚，𝐴、B、C、D是连续打出的四个点，它们到0点的距离如图2所示.则由图中数据可知，打点计时器打下计数点C时，物体的速度𝑉𝐶=______𝑚/𝑠；重物由0点运动到C点的过程中，重力势能的减少量等于______J，动能的增加量等于______𝐽(取三位有效数字)．第2页，共19页(3)实验结果发现动能增量不等于重力势能的减少量；造成这种现象的主要原因是______A.选用的重锤质量过大B.数据处理时出现计算错误C.空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力D.实验时操作不够细，实验数据测量不准确．3.某同学用气垫导轨做侧滑块加速度和验证机械能守恒定律实验，A、B为气垫导轨上的两个光电门，当滑块在气垫导轨上滑动通过两光电门时，连接在光电门上的数字计时器记录滑块上的挡光片挡光时间，两光电门间的距离为L．(1)先用一螺旋测微器测量挡光片的宽度，如图2所示，读数为𝑑=______cm．(2)实验开始先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定气垫导轨是否水平？______(3)让滑块在图示1位置由静止开始在悬挂重物的牵引下向左运动，牵引滑块的细绳始终保持水平，滑块通过A、B两光电门的时间分别为𝑡1、𝑡2，则此次运动过程中，滑块运动的加速度大小为______(用题设中各物理量符号表示).要利用此过程验证机械能守恒定律，还需要测量的物理量为______(填物理量及符号)，要验证机械能守恒的表达式为______(用顺设中各物理量符号表示)．4.如图1所示为验证机械能守恒定律的实验装置.现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平．第3页，共19页(1)为完成实验，还需要的器材有______．A.米尺𝐵.0～6𝑉直流电源C.秒表𝐷.0～6𝑉交流电源(2)某同学用图1所示装置打出的一条纸带如图2所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02𝑠，根据纸带计算出打下D点时重物的速度大小为______𝑚/𝑠.(结果保留三位有效数字)(3)采用重物下落的方法，根据公式12𝑚𝑣2=𝑚𝑔ℎ验证机械能守恒定律，对实验条件的要求是______，为验证和满足此要求，所选择的纸带第1、2点间的距离应接近______．(4)该同学根据纸带算出了相应点的速度，作出𝑣2−ℎ图象如图3所示，则图线斜率的物理意义是______．5.如图(甲)所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验.有一直径为d、质量为m的金属小球由A处从静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为𝐻(𝐻𝑑)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为𝑔.则：(1)如图(乙)所示，用游标卡尺测得小球的直径𝑑=______mm．(2)小球经过光电门B时的速度表达式为______．(3)多次改变高度H，重复上述实验，作出1𝑡2随H的变化图象如图(丙)所示，当图中已知量𝑡0、𝐻0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：______时，可判断小球下落过程中机械能守恒．6.如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种.重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A.按照图示的装置安装器件；B.将打点计时器接到电源的直流输出端上；C.用天平测量出重锤的质量；第4页，共19页D.接通电源开关，同时放开悬挂纸带的夹子，打出一条纸带；E.测量打出的纸带上某些点之间的距离；F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．指出其中操作不恰当的和没有必要进行的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上．______(2)如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为𝑠0，点A、C间的距离为𝑠1，点C、E间的距离为𝑠2，使用交流电的频率为f，则根据这些条件计算下落到C点的速度表达式为：𝑣=______．(3)在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是：______．7.利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图1所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动．(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图2所示，由此读出𝑏=______mm；(2)某次实验测得倾角𝜃=30∘，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为△𝐸𝑘=______，系统的重力势能减少量可表示为△𝐸𝑝=______，在误差允许的范围内，若△𝐸𝑘=△𝐸𝑝则可认为系统的机械能守恒；(用题中字母表示)(3)在上次实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的𝑣2−𝑑图象如图3所示，并测得𝑀=𝑚，则重力加速度𝑔=______𝑚/𝑠2．8.某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。将气垫导轨固定在水平桌面上，调节旋钮使其水平。在气垫导轨的左端固定一光滑的定滑轮，在B处固定一光电门，测出滑块及遮光条的总质量为M，将质量为m的钩码通过细线与滑块连接。打开气源，滑块从A处由静止释放，宽度为b的遮光条经过光电门挡光时间为t，取挡光时间t内的平均速度作为滑块经过B处的速度，A、B之间的距离为d，重力加速度为g。(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度，示数如图乙所示，其读数为______mm。(2)调整光电门的位置，使得滑块通过B点时钩码没有落地。滑块由A点运动到B点的过程中，系统动能增加量△𝐸𝑘为______，系统重力势能减少量△𝐸𝑝为______。(以上结果均用题中所给字母表示)第5页，共19页(3)若实验结果发现△𝐸𝑘总是略大于△𝐸𝑝，可能的原因是______。A.存在空气阻力B.滑块没有到达B点时钩码已经落地C.测出滑块左端与光电门B之间的距离作为dD.测出滑块右端与光电门B之间的距离作为d9.某同学用如图(𝑎)所示的装置“验证机械能守恒定律”.实验的主要步骤如下：(ⅰ)调整气垫导轨使之水平；(ⅰ)用天平测量滑块(含遮光条)质量并记录为M；(ⅰ)测量遮光条宽度并记录为d(ⅰ)将滑块放在气垫导轨上，通过轻质细绳与钩码连接，记录钩码总质量为m；(ⅰ)将滑块从A位置释放后，光电计时器测量遮光条通过光电门的时间并记录为△𝑡．(ⅰ)对测量数据进行分析，得出实验结论．请回答下列问题.(已知当地的重力加速度大小为𝑔)(1)若步骤(ⅰ)用螺旋测微器测量遮光条宽度d的示数情况如图(𝑏)所示，则𝑑=______mm，步骤(ⅰ)中光电计时器记录的时间△𝑡=4.10×10−3𝑠，滑块经过光电门时的速度大小为______𝑚/𝑠．(2)本实验中还需要测量的物理量有______(写出物理量及符号)；(3)本实验中需验证的机械能守恒表达式为______(用以上对应物理量的符号表示)；(4)实验数据表明系统动能增加量明显大于重力势能减少量，可能的原因是______．A.钩码总质量m远小于滑块质量MB.钩码总质量m与滑块质量M相差不大C.气垫导轨没有调水平，且左高右低D.气垫导轨没有调水平，且左低右高．10.某同学用如图甲所示的装置通过研究重锤的落体运动来验证机械能守恒定律.已知重力加速度为g．第6页，共19页(1)在实验所需的物理量中，需要直接测量的是______，通过计算得到的是______.(填写代号)A.重锤的质量B.重锤下落的高度C.重锤底部距水平地面的高度D.与下落高度对应的重锤的瞬时速度(2)在实验得到的纸带中，我们选用如图乙所示的起点O与相邻点之间距离约为2mm的纸带来验证机械能守恒定律.图中A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的原始点，F点是第n个点.设相邻点间的时间间隔为T，下列表达式可以用在本实验中计算F点速度𝑣𝐹的是______．A.𝑣𝐹=𝑔(𝑛𝑇)𝐵.𝑣𝐹=√2𝑔ℎ𝑛C.𝑣𝐹=ℎ𝑛+1−ℎ𝑛−12𝑇𝐷.𝑣𝐹=𝑥𝑛+1−𝑥𝑛2𝑇(3)若代入图乙中所测的数据，求得12𝑣𝑛2在误差范围内等于______(用已知量和图乙中测出的物理量表示)，即可验证重锤下落过程中机械能守恒.即使在操作及测量无误的前提下，所求12𝑣𝑛2也一定会略______(选填“大于”或“小于”)后者的计算值，这是实验存在系统误差的必然结果．(4)另一名同学利用图乙所示的纸带，分别测量出各点到起始点的距离h，并分别计算出各点的速度v，绘出𝑣2−ℎ图线，如图丙所示.从𝑣2−ℎ图线求得重锤下落的加速度𝑔′=______𝑚/𝑠2(保留3位有效数字).则由上述方法可知，这名同学是通过观察𝑣2−ℎ图线是否过原点，以及判断______与______(用相关物理量的字母符号表示)在实验误差允许的范围内是否相等，来验证机械能是否守恒的．11.如图1所示的实验装置，可用来测定重力加速度，也可用来验证机械能守恒定律。在铁架台的顶端有一电磁铁，下方某位置固定一光电门，电磁铁通电后小铁球被吸起，此时小铁球距离光电门h，从电磁铁断电的瞬间开始计时，小铁球到达光电门的时间为t，小铁球经过光电门的时间为△𝑡.请回答下列问题：第7页，共19页(1)用游标卡尺测得小铁球的直径为d，如图2所示，则该示数为______cm；(2)当地重力加速度的关系式为𝑔=______；(用以上字母表示)(3)若小铁球的机械能守恒，则满足的关系式应为______。(用以上字母表示)12.某同学用如图1所示的装置验证机械能守恒定律.一根细线系住钢球，悬挂着铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方.在钢球底部竖直地粘住一片宽带为d的遮光条.将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t时由计时器测出，取𝑣=𝑑𝑡作为钢球经过A点时的速度.记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小△𝐸𝑝与动能变化大小△𝐸𝑘，就能验证机械能是否守恒