1 . 某同学设计实验验证机械能守恒定律,装置如图(a)所示。一质量为m、直径为d的小球固定于释放装置上,在小球正下方固定四个光电门,调节各光电门的中心,使其与小球的球心均在同一竖直线上。由静止释放小球,记录小球通过每个光电门的挡光时间,重力加速度为g。(1)若测得某光电门的中心与释放点的竖直距离为h,小球通过此光电门的挡光时间为Δt,则小球从释放点下落至此光电门中心时重力势能减小量ΔEp =mgh,动能增加量ΔEk=___________ ,(用题中字母表示);
(2)根据实验数据,作出的图像,如图(b)所示。若图中虚线的斜率___________ ,则可验证机械能守恒定律;(结果取一位有效数字)
(3)经过多次重复实验,发现小球经过第三个光电门时,ΔEk总是大于ΔEp,下列哪一项会造成以上情况___________。
(2)根据实验数据,作出的图像,如图(b)所示。若图中虚线的斜率
(3)经过多次重复实验,发现小球经过第三个光电门时,ΔEk总是大于ΔEp,下列哪一项会造成以上情况___________。
A.第三个光电门的中心与释放点的竖直距离测量值偏大 |
B.第三个光电门的中心偏离小球下落时球心所在的竖直线 |
C.小球下落过程中受到空气阻力的作用 |
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2 . 物理探究小组要验证一轻弹簧和物块组成的系统机械能守恒。探究小组事先测出了当地的重力加速度为,查到了弹簧弹性势能的表达式为(为劲度系数,为弹簧的形变量),具体实验操作如下:a.探究小组先测出弹簧的原长为;
b.如图甲所示,弹簧竖直悬挂,下端悬挂质量为的钩码,稳定后测出弹簧的长度为;
c.取下弹簧,将弹簧的一端固定于地面,另一端系上细绳,细绳绕过光滑的定滑轮,拴接带有遮光条的物块A,测得物块A和遮光条的总质量为,遮光条的宽度为;
d.在遮光条正下方安装可移动的光电门;
e.调节物块A的位置,让细绳伸直且弹簧恰好处于原长状态,静止释放物块A,记录遮光条通过光电门的时间以及释放物块A时遮光条到光电门的距离。
(1)此弹簧的劲度系数为___________ 。(用题中所给物理量的符号表示)
(2)验证机械能守恒的表达式为___________ 。(用题中所给物理量的符号表示)
(3)探究小组反复调节光电门的位置,发现释放物块A时,遮光条到光电门的距离分别为和,遮光条通过光电门的时间相等,根据机械能守恒定律可得,___________ 。(从、、、、、中选用合适的字母表示)
b.如图甲所示,弹簧竖直悬挂,下端悬挂质量为的钩码,稳定后测出弹簧的长度为;
c.取下弹簧,将弹簧的一端固定于地面,另一端系上细绳,细绳绕过光滑的定滑轮,拴接带有遮光条的物块A,测得物块A和遮光条的总质量为,遮光条的宽度为;
d.在遮光条正下方安装可移动的光电门;
e.调节物块A的位置,让细绳伸直且弹簧恰好处于原长状态,静止释放物块A,记录遮光条通过光电门的时间以及释放物块A时遮光条到光电门的距离。
(1)此弹簧的劲度系数为
(2)验证机械能守恒的表达式为
(3)探究小组反复调节光电门的位置,发现释放物块A时,遮光条到光电门的距离分别为和,遮光条通过光电门的时间相等,根据机械能守恒定律可得,
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2024高三·全国·专题练习
3 . 两组同学做“验证机械能守恒定律”实验
(1) A组同学采用如图甲所示的实验装置。________ 。
A. 重物选用质量和密度较大的金属锤
B. 打点计时器的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. 可以利用公式求解瞬时速度
②在一次实验中,质量为m的重物自由下落,在纸带上打出一系列的点,如图乙所示。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。已知纸带相邻两个点之间的时间间隔为Δt,从打下O点到打下B点的过程中,重物的动能增加量ΔEk=________ 。________ 。
A. 属于偶然误差,可以通过多次测量取平均值的方法来减小
B. 属于系统误差,可以通过多次测量取平均值的方法来减小
C. 属于偶然误差,可以通过减小空气阻力和摩擦阻力来减小
D. 属于系统误差,可以通过减小空气阻力和摩擦阻力来减小
(2) B组同学采用如图丙所示的实验装置。实验前,将气垫导轨调至水平,用天平称出托盘和砝码的总质量为m,滑块和挡光条的总质量为M,测出挡光条的宽度为d,并将滑块移到图示位置,测出挡光条到光电门的距离为l。释放滑块,读出挡光条通过光电门的挡光时间为t.多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一点开始滑动,测量相应的l与t值。______________________ 。
②若的图像是一条过原点的直线,则能否证明机械能守恒?为什么?___________
(1) A组同学采用如图甲所示的实验装置。
①对于该实验,下列操作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. 打点计时器的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. 可以利用公式求解瞬时速度
②在一次实验中,质量为m的重物自由下落,在纸带上打出一系列的点,如图乙所示。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。已知纸带相邻两个点之间的时间间隔为Δt,从打下O点到打下B点的过程中,重物的动能增加量ΔEk=
③绝大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量略大于动能的增加量,该误差
A. 属于偶然误差,可以通过多次测量取平均值的方法来减小
B. 属于系统误差,可以通过多次测量取平均值的方法来减小
C. 属于偶然误差,可以通过减小空气阻力和摩擦阻力来减小
D. 属于系统误差,可以通过减小空气阻力和摩擦阻力来减小
(2) B组同学采用如图丙所示的实验装置。实验前,将气垫导轨调至水平,用天平称出托盘和砝码的总质量为m,滑块和挡光条的总质量为M,测出挡光条的宽度为d,并将滑块移到图示位置,测出挡光条到光电门的距离为l。释放滑块,读出挡光条通过光电门的挡光时间为t.多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一点开始滑动,测量相应的l与t值。
①为验证机械能守恒定律,物理量应满足的关系式为
②若的图像是一条过原点的直线,则能否证明机械能守恒?为什么?
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4 . 在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中,使质量为的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,选取一条符合实验要求的纸带,如图所示。O为第一个点(速度为0),A、B、C为从合适位置开始选取的连续点中的三个点,其中,,。已知打点计时器每隔0.02s打一个点,当地的重力加速度为,那么:(1)根据图中所给的数据,应取图中O点到______ 点来验证机械能守恒定律。
(2)从O点到(1)问中所取的点,对应的重物重力势能的减少量______ J,动能增加量______ J。(结果保留三位有效数字)
(3)第(2)问中重力势能减小量与动能增量不同的原因为____________ 。(写出一条即可)
(2)从O点到(1)问中所取的点,对应的重物重力势能的减少量
(3)第(2)问中重力势能减小量与动能增量不同的原因为
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5 . 如图所示,为了验证机械能守恒定律,物理实验小组设计利用自由落体运动验证机械能守恒定律,电源频率为,打点计时器固定在铁架台上,使重锤带动纸带从静止开始自由下落。(1)按正确实验操作将重锤由静止释放。按实验要求正确地选出纸带,是打下的第一个点,用刻度尺测量连续三点到点的距离,如图乙所示,若重锤的质量,查表可知当地的重力加速度,则从打下点到打下计数点的过程中,重力势能的减少量___________ J,动能的增加量___________ J(计算结果均保留3位有效数字)。结果发现略大于,原因可能是___________
(2)用代表重锤下落的距离,重锤的动能与变化的关系图像如图丙所示,如果重锤所受阻力恒定,已知图像的斜率为,那么重锤受到的阻力大小为___________ (用题中给出相关物理量的字母表示)。
(2)用代表重锤下落的距离,重锤的动能与变化的关系图像如图丙所示,如果重锤所受阻力恒定,已知图像的斜率为,那么重锤受到的阻力大小为
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6 . 在“验证机械能守恒定律”的实验中:
(1)下列实验器材中,必须选取的器材有( )
(2)释放纸带前,手捏纸带的方式正确的是( )
(3)如图所示是实验过程中打出的一条纸带,“0”点为打点计时器打下的第一个点,已知重物的质量为m=200g,当地重力加速度g=9.8m/s2。计算打点“4”时的动能Ek=___________ J(结果保留3位小数)。比较“0”点到“4”点过程重力势能的减少量和点“4”的动能Ek,___________ Ek(填“>”“<”或“=”),可能的原因是___________ 。
(1)下列实验器材中,必须选取的器材有( )
A. | B. |
C. | D. |
(2)释放纸带前,手捏纸带的方式正确的是( )
A. | B. |
C. | D. |
(3)如图所示是实验过程中打出的一条纸带,“0”点为打点计时器打下的第一个点,已知重物的质量为m=200g,当地重力加速度g=9.8m/s2。计算打点“4”时的动能Ek=
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7 . 能量的转化
1.下列物体运动过程中,可认为机械能守恒的是( )
2.竖直上抛一小球,小球运动过程中受到与速率成正比的空气阻力作用,小球从开始上抛至最高点过程,以向上为正方向,下列关于小球的加速度a、速度v随小球运动的时间t的变化关系及动能、机械能E随位移x的变化关系中可能正确的是(图中虚线均为图像的切线)( )
3.位于水平面上的物体在水平恒力作用下,做速度为的匀速运动;若作用力变为斜向上的恒力,物体做速度为的匀速运动,且与功率相同。则可能有( )
4.实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验时,装置如图所示,摆锤质量为。(1)实验中,用于测量小球速度的传感器是____ 传感器。挡光片宽度为,某次测量中,摆锤通过它的时间为,则摆锤的速度为____ ,动能____ J。(保留二位有效数字)
(2)实验前已测得、、B、A各点高度分别为、、、。某同学获得的实验数据如图b,分析表中数据发现:从A到D,机械能逐渐____ ,其原因是____ 。
(3)某同学设想用一块挡光片重新设计该实验,实验中卸下全部挡光片,仅将一块挡光片先放在B点,让摆锤从A点静止释放,记录实验数据;然后挡光片依次放在C点、D点,重复此前的实验过程。实验结束后,他发现、、三个点的机械能数据较为接近,而用A点高度算出重力势能作为A点机械能,明显小于、、三点的机械能数据,分析其原因可能是摆锤的实际释放点____ A点(选填“高于”、“低于”),也可能是____ 的原因。
5.如图所示,一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器、竖直圆轨道(在最低点E分别与水平轨道和相连)、高度h可调的斜轨道组成。游戏时滑块从O点弹出,经过圆轨道并滑上斜轨道。全程不脱离轨道且恰好停在B端则视为游戏成功。已知圆轨道半径,长,长,圆轨道和光滑,滑块与、之间的动摩擦因数。滑块质量且可视为质点,弹射时从静止释放且弹簧的弹性势能完全转化为滑块动能。忽略空气阻力,,各部分平滑连接。求:
(1)滑块恰好能过圆轨道最高点F时的速度大小;
(2)当且游戏成功时,滑块经过E点对圆轨道的压力及弹簧弹性势能;
(3)要使游戏成功,弹簧的弹性势能与高度h之间满足的关系。
1.下列物体运动过程中,可认为机械能守恒的是( )
A.树叶从树枝上落下的运动 | B.氢气球拉线断了后的运动 |
C.集装箱被起重机匀加速吊起的运动 | D.被投掷后的铅球在空中的运动 |
A. | B. | C. | D. |
A., | B., |
C., | D., |
(2)实验前已测得、、B、A各点高度分别为、、、。某同学获得的实验数据如图b,分析表中数据发现:从A到D,机械能逐渐
次数 | D | C | B | A |
高度 | 0 | 0.050 | 0.100 | 0.150 |
速度 | 1.878 | 1.616 | 1.299 | 0.866 |
势能 | 0 | 0.0039 | 0.0078 | 0.0118 |
动能 | 0.0141 | 0.0104 | 0.0067 | 0.003 |
机械能 | 0.0141 | 0.0144 | 0.0146 | 0.0148 |
5.如图所示,一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器、竖直圆轨道(在最低点E分别与水平轨道和相连)、高度h可调的斜轨道组成。游戏时滑块从O点弹出,经过圆轨道并滑上斜轨道。全程不脱离轨道且恰好停在B端则视为游戏成功。已知圆轨道半径,长,长,圆轨道和光滑,滑块与、之间的动摩擦因数。滑块质量且可视为质点,弹射时从静止释放且弹簧的弹性势能完全转化为滑块动能。忽略空气阻力,,各部分平滑连接。求:
(1)滑块恰好能过圆轨道最高点F时的速度大小;
(2)当且游戏成功时,滑块经过E点对圆轨道的压力及弹簧弹性势能;
(3)要使游戏成功,弹簧的弹性势能与高度h之间满足的关系。
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2024·贵州·模拟预测
8 . 某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。用细线把钢制的圆柱挂在架子上,架子下部固定一个小电动机,电动机轴上装一支软笔。电动机转动时,软笔尖每转一周就在钢柱表面画上一条痕迹(时间间隔为T)。如图乙,在钢柱上从痕迹O开始选取5条连续的痕迹A、B、C、D、E,测得它们到痕迹O的距离分别为hA、hB、hC、hD、hE。已知当地重力加速度为g。(1)若电动机的转速为3000r/min,则T=___ s。
(2)实验操作时,应该 。(选择正确步骤序号)
(3)画出痕迹D时,钢柱下落的速度vD=___ 。(用题中所给物理量的字母表示)
(2)实验操作时,应该 。(选择正确步骤序号)
A.先打开电源使电动机转动,后烧断细线使钢柱自由下落 |
B.先烧断细线使钢柱自由下落,后打开电源使电动机转动 |
(3)画出痕迹D时,钢柱下落的速度vD=
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9 . “验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示。(1)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、打点计时器外还必须使用的器材是__________ 。
A.刻度尺
B.秒表
C.干电池若干
该实验所用的重物应该选取图中的__________ 。__________ J。(计算结果保留三位有效数字)
(3)小邹同学根据正确的实验操作得到多组数据,画出了如图丁所示的图像,根据图像求出当地重力加速度g,以下表达式正确的是 。
A.刻度尺
B.秒表
C.干电池若干
该实验所用的重物应该选取图中的
A. B. C. D.
(2)小邓同学按照正确操作选的纸带如图丙所示,其中O是起始点,A、B、C是打点计时器连续打下的3个点,打点频率为50Hz,该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中(单位:cm),重物的质量为m=0.2kg,根据以上数据,当打点计时器打下B点时,重物的动能为(3)小邹同学根据正确的实验操作得到多组数据,画出了如图丁所示的图像,根据图像求出当地重力加速度g,以下表达式正确的是 。
A. | B. | C. | D. |
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10 . 如图所示,已知质量为的两铁块用细线连接,,跨过轻质小滑轮。让从高处由静止开始下落,与连接的纸带上打下一系列点,对纸带上的点迹进行测量分析,即可验证机械能守恒定律,重力加速度为。(1)实验装置如图(含电源),除了图中所示的器材,还需准备的器材有( )。
(2)正确实验得到的一条纸带,为选取的计数点,相邻两计数点间还有4个点未标出,测出计数点间的距离如图所示。交流电源的频率为,打下计数点“”时,的速度大小为_________ ,取段进行研究,若系统机械能守恒,测得的物理量应满足的关系式为_________ (用题中所给物理量的字母表示)。
(3)若利用计算出铁块的速度及距离起点下落的高度,作出图像,来验证系统机械能守恒,则该图像应是一条_________ 线。若操作规范,数据无误,产生误差的原因可能为_________ (写出一条即可)。
A.重锤线 | B.秒表 | C.毫米刻度尺 |
(2)正确实验得到的一条纸带,为选取的计数点,相邻两计数点间还有4个点未标出,测出计数点间的距离如图所示。交流电源的频率为,打下计数点“”时,的速度大小为
(3)若利用计算出铁块的速度及距离起点下落的高度,作出图像,来验证系统机械能守恒,则该图像应是一条
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