1、 第70节 验证机械能守恒定律1.2016年上海卷26.（3分）在“用DIS研究机械能守恒定律”的实验中，用到的传感器是 传感器。若摆锤直径的测量值大于其真实值会造成摆锤动能的测量值偏 。（选填：“大”或“小”）。【答案】光电门；大【解析】在实验中，摆锤的速度通过光电门进行测量，测量的速度是通过小球直径d与挡光时间的比值进行计算，为：，当摆锤直径测量值大于真实值时，小球直径d会变大，导致计算出的小球速度变大，故小球动能也会变大。2.2017年天津卷打点计时器接电源铁架台重锤限位孔纸带9.（2）如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。对
2、于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_。A重物选用质量和密度较大的金属锤B两限位孔在同一竖直面内上下对正C精确测量出重物的质量D用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有_。CBAOFEDGAOA、AD和EG的长度 BOC、BC和CD的长度CBD、CF和EG的长度 CAC、BD和EG的长度【答案】AB
3、； BC。【解析】重物选用质量和密度较大的金属锤，减小空气阻力，以减小误差，故A正确；两限位孔在同一竖直面内上下对正，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，故B正确；验证机械能守恒定律的原理是：，重物质量可以消去，无需精确测量出重物的质量，故C错误；用手拉稳纸带，而不是托住重物，接通电源后，撒手释放纸带，故D错误。由EG的长度长度可求出打F点的速度v2，打O点的速度v1=0，但求不出OF之间的距离h，故A错误；由BC和CD的长度长度可求出打C点的速度v2，打O点的速度v1=0，有OC之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故B正确；由BD和EG的长度可分别求出打C点的速度v1和打F点的速
4、度v2，有CF之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故C正确；AC、BD和EG的长度可分别求出BCF三点的速度，但BC、CF、BF之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故D错误。3.2013年海南卷86.59cm70.99cm78.57cmABCO打点计时器重物纸带图(a)图(b)11某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地重力加速度为g=9.80m/s2。实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图（b）所示。纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值。回答下列
5、问题（计算结果保留3位有效数字）（1）打点计时器打B点时，重物速度的大小vB= m/s; （2）通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据。 答案：（1）3.90（2）vB2/2=7.61(m/s)2 ，因为mvB2/2mghB，近似验证机械能守恒定律解析：（1）由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度可知，由电源频率为50Hz可知T=0.02s，代入其他数据可解得vB=3.90m/s.（2）本实验是利用自由落体运动验证机械能守恒定律，只要在误差允许范围内，重物重力势能的减少等于其动能的增加，即可验证机械能守恒定律。选B点分析，由于，故该同学的
6、实验结果近似验证了机械能守恒定律。4.2015年理综浙江卷ABCDE小车 21.（10分）甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验（1）图1中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材_；乙同学需在图中选用的器材_。（用字母表示）29cm303132333435363738cm282930313233343536（2）乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图2所示的两条纸带和。纸带_的加速度大（填或者），其加速度大小为_。答案：（1）AB；BDE （2）； (2.50.2)m/s2解析：（1）验证“机械能守恒定律”实验，需
7、要在竖直面打出一条重锤下落的纸带，即可验证，故选仪器AB；“探究加速度与力、质量的关系”实验需要钩码拉动小车打出一条纸带，故选BDE。（2）纸带中前三个点的位移差为x1=(32.40-30.70)-(30.70-29.10)=0.1cm纸带中前三个点的位移差为x2=(31.65-29.00)-(29.00-27.40)=0.05cm根据逐差法可得纸带的加速度比大，大小为。5.2011年海南卷14现要通过实验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的砝码相连；遮光片两条长
8、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点到导轨低端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A，B两点的距离，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。用g表示重力加速度。完成下列填空和作图；mBACM遮光片光电门图1（1）若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为 。动能的增加量可表示为 。若在运动过程中机械能守恒，与s的关系式为= _. (2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A点）下滑，测量相应的s与t值，结果如下表所示：12345
9、s(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms）8.227.176.445.855.431/t2(104s-2)1.481.952.412.923.39以s为横坐标，为纵坐标，在答题卡上对应图2位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k= 104m-1s-2 (保留3位有效数字)。由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出直线的斜率k0，将k和k0进行比较，若其差值在试验允许的范围内，则可认为此试验验证了机械能守恒定律。1.4s(m)1/t2(104s-2)1.82.22.63.03.40.60.81.01.21.4答：（1） （2）如图；
10、 2.40【解析】（1）重力势能的减少量，1.4s(m)1/t2(104s-2)1.82.22.63.03.40.60.81.01.21.4到达B点的速度为，动能的增加量。若在运动过程中机械能守恒，可得：（2）利用图像可求得斜率为2.40104m-1s-2。利用实验数据分别进行逐差法得直线斜率为2.399104m-1s-2，保留3位有效数字为2.40104m-1s-2。6.2016年新课标I卷22.（5分）重物打点计时器纸带图（a）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，可以使用的频率有和。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
11、频率，需要用实验数据和其它题给条件进行推算。ABCDS1S3S2图（b）(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用和图（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_，重物下落的加速度大小为_。(2)已测得当地重力加速度大小为9.80m/s2，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_。答案： (1)； ； (2) 40解析： (1)由于重物匀加速下落，A、B、C、D各相邻点之间时间间隔相同，因此B点应是从A运动到C的过程的中间时刻，由匀变速直线运动的推论可得：B点的速度vB等于AC段的平均速度，即由于，故同
12、理可得匀加速直线运动的加速度故(2)重物下落的过程中，由牛顿第二定律可得：由已知条件由得代入得： ，代入数据得 7.2016年北京卷21（18分）金属热电阻图1热敏电阻RtO（1）热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图1为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力 （选填“增强”或“减弱”）；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更（选填“敏感”或“不敏感”）。（2）利用图2装置做“验证机械能守恒定律”实验。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。打点计时器纸带夹子重物图2A. 动能变化量与势能变化量B. 速度变
13、化量和势能变化量C. 速度变化量和高度变化量除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是。A.交流电源 B.刻度尺 C.天平（含砝码）hAABC图3OhChB实验中，先接通电源，再释放重物，得到图3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。从打点到打点的过程中，重物的重力势能变化量Ep，动能变化量Ek。大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是A利用公式v=gt计算中午速度B利用公
14、式v=计算重物速度C存在空气阻力和摩擦力阻力的影响D没有采用多次试验去平均值的方法某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2-h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确。【答案】（1）增强；敏感（2）A AB ， C 该同学的判断依据不正确【解析】（1）由R-t图像可得，随温度升高热敏电阻的阻值降低，且热敏电阻阻值随温度变化的更快，所以当温度上升时热敏电阻导电能力增强，相对于金属电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更敏感。（2）由机械能守恒可知，实
15、验只需要比较动能的变化量和势能的变化量。所以选A。电磁打点计时器使用的是交流电源，故A正确。因为在计算重力势能时，需要用到纸带上两点之间的距离，所以还需要刻度尺，故B正确；根据可把等式两边的质量抵消掉，故不需要天平，C错误。重力势能改变两为，由于下落过程中是匀变速直线运动，所以根据中间时刻规律可得B点的速度为，所以实验过程中存在空气阻力，纸带运动过程中存在摩擦力，C正确；该同学的判断依据不正确，在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据得到可知，v2-h图像就是过原点的一条直线。要向通过v2-h图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近2g.8.2016年江苏卷计时器遮光条光电门题
16、11-1图11某同学用如图11-1所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，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度为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可由计时器测出，取 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。(1)用Ep=mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离。012遮光条题11-2 图A钢球在A点时的顶端B钢球在A点时的球心C钢球在A点
17、时的底端(2)用Ek=mv2计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图11-2所示，其读数为_cm。某次测量中，计时器的示数为0.0100 s，则钢球的速度为v=_m/s。(3)下表为该同学的实验结果：Ep/(10-2 J)4.8929.78614.6919.5929.38Ek/(10-2 J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的Ep与Ek之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点？请说明理由。(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。【答案】 (1)B(2)1.50(1.491.51 都算对) 1.50(1.491.51 都算对)(3)不同意，
18、因为空气阻力会造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep。(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算Ek时，将v折算成钢球的速度v=v。【解析】（1）小球下落的高度为初末位置球心间的距离，所以选B；（2）读数时要注意最小分度是1毫米，要估读到最小分度的下一位，由图知读数为1.50cm，小球的速度为，代入解得v=1.50m/s；（3）若是空气阻力造成的，则Ek小于Ep，根据表格数据Ek大于Ep，可知不是空气阻力造成的，所以不同意他的观点。（4）据图可看出，光电门计时器测量的是遮光条经过光电门的挡光时间，而此时遮光条经过光电门时的速度比小球的速度大，因为它们做的是以悬点为圆心的圆周运动，半径不等，所以速度不能等同，而这位同学误以为相同，从而给实验带来了系统误差。改进方法：根据它们运动的角速度相等，分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算Ek时，将v折算成钢球的速度。
