實驗：驗證機械能守恒定律1利用圖1裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的()A動能變化量與勢能變化量B速度變化量和勢能變化量C速度變化量和高度變化量除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是()A交流電源B刻度尺C天平(含砝碼)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖2所示的一條紙帶在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC.已知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T.設(shè)重物的質(zhì)量為m.從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量Ep_，動能變化量Ek_大多數(shù)學生的實驗結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是_A利用公式vgt計算重物速度B利用公式v計算重物速度C存在空氣阻力和摩擦力阻力的影響D沒有采用多次實驗取平均值的方法某同學想用下述方法研究機械能是否守恒，在紙帶上選取多個計數(shù)點，測量它們到起始點O的距離h，計算對應計數(shù)點的重物速度v，描繪v2­h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原點的直線，則重物下落過程中機械能守恒，請你分析論證該同學的判斷是否正確答案AABmghBm()2C該同學的判斷依據(jù)不正確解析根據(jù)機械能守恒定律，可得mghmv20，故需要比較動能變化量與勢能變化量，A項正確；電磁打點計時器使用的是交流電源，故A項正確；因為在計算重力勢能變化量時，需要用到紙帶上兩點之間的距離，所以還需要刻度尺，故B項正確；根據(jù)mghmv20可得等式兩邊的質(zhì)量抵消，故不需要天平，C項錯誤；重力勢能改變量為EpmghB，由于下落過程中是勻變速直線運動，所以根據(jù)中間時刻速度規(guī)律可得B點的速度為vB，所以EkmvB2m()2；實驗過程中存在空氣阻力，紙帶運動過程中存在摩擦力，C項正確；該同學的判斷依據(jù)不正確，在重物下落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)mghfhmv20v22(g)h可知，v2­h圖像就是過原點的一條直線要想通過v2­h圖像的方法驗證機械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g.2(2018·濰坊一模)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，一實驗小組讓小球自傾角為30°的斜面上滑下，用頻閃相機記錄了小球沿斜面下滑的過程，如圖所示，測得B、C、D、E到A的距離分別為x1、x2、x3、x4，已知相機的頻閃頻率為f，重力加速度為g9.8 m/s2.(1)滑塊經(jīng)過位置D時的速度vD_(2)選取A為位移起點，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出v2­x圖線，若圖線斜率k_，則小球下滑過程機械能守恒(3)若改變斜面傾角進行實驗，請寫出斜面傾角大小對實驗誤差的影響_.答案(1)(2)9.8(3)斜面傾角越大，誤差越小解析(1)根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度可以求出D點的速度為：vDf；(2)若減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認為機械能守恒；則有：mgHmv2；即：gxsin30°v2解得：v2gx；根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出v2­x圖線，若圖線斜率kg9.8 m/s2，則小球下滑過程機械能守恒(3)當斜面傾角越大，壓力越小，則摩擦阻力越小，因此阻力做功越少，則誤差越小3(2018·邯鄲一模)用如圖甲所示的實驗裝置驗證質(zhì)量分別為m1、m2的兩物塊組成的系統(tǒng)機械能守恒質(zhì)量為m2的物塊在高處由靜止開始下落，打點計時器在質(zhì)量為m1的物塊拖著的紙帶上打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律圖乙所示是實驗中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出)，所用電源的頻率為50 Hz，計數(shù)點間的距離如圖乙所示已知m1100 g、m2200 g，取當?shù)刂亓铀俣葹?.8 m/s2.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(1)打計數(shù)點5時物塊的速度大小為_ m/s.(2)在打計數(shù)點0到5的過程中，系統(tǒng)動能的增量Ek_ J；系統(tǒng)重力勢能的減少是Ep_ J.答案(1)1.64(2)0.4030.404解析(1)計數(shù)點5的瞬時速度v5×102 m/s1.64 m/s.(2)系統(tǒng)增加的動能Ek(m1m2)v52×0.3×1.642 J0.403 J，系統(tǒng)重力勢能的減小量Ep(m2m1)gh0.1×10×(0.266 40.146 1) J0.404 J.4(2018·石家莊一模)小明同學利用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中紅外線發(fā)射器、接收器可記錄小球的擋光時間小明同學進行了如下操作：(1)用螺旋測微器測小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑為_ mm；(2)該小球質(zhì)量為m、直徑為d.現(xiàn)使小球從紅外線的正上方的高度h處自由下落，記錄小球擋光時間t，已知重力加速度為g，則小球下落過程中動能增加量的表達式為_；重力勢能減少量的表達式為_(用所給字母表示)(3)改變小球下落高度h，多次重復實驗，發(fā)現(xiàn)小球動能的增加量總是小于重力勢能的減少量，你認為可能的原因是_(至少寫出一條)答案(1)18.305(2)m()2mgh(3)阻力做負功解析(1)螺旋測微器的固定刻度為18.0 mm，可動刻度為30.5×0.01 mm0.305 mm，所以最終讀數(shù)為18.0 mm0.305 mm18.305 mm，(2)已知經(jīng)過光電門時的時間小球的直徑；則可以由平均速度表示經(jīng)過光電門時的速度；所以v，則小球下落過程中動能增加量的表達式為Ekm()2；重力勢能減少量的表達式為Epmgh.(3)根據(jù)能量守恒定律分析，重力勢能的減少量Ep往往大于動能的增加量Ek的原因是阻力做負功5.(2018·湖南一模)如圖所示是某同學設(shè)計的“驗證機械能守恒定律”實驗裝置圖，已知細線長為L，在懸點下方離懸點略小于L的位置有一很鋒利的刀片，當細線碰到刀片時，細線即可被切斷且不影響小球的速度，實驗時，將小球拉離平衡位置，使細線與豎直方向的夾角為，由靜止釋放擺球，細線碰到刀片后，細線斷開，小球飛出，小球落到距離懸點豎直高度為H的水平地面上，測得小球落地點距離懸點在水平面的投影點的距離為x，改變角，重復實驗可得到一系列x的值(1)如果利用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)，用縱坐標表示x2并且要使圖像是一條直線，那么橫坐標應表示_；(2)如果正確作出的圖像的斜率為k，那么，圖像的縱軸上的截距_，只要滿足k_(用題中字母表示)，即可驗證機械能守恒定律答案(1)cos(2)4L(HL)4L(HL)解析(1)平拋運動的高度hHL，則平拋運動的時間為：t，平拋運動的初速度為：vx，從靜止釋放到最低點過程中，動能的增加量為：Ekmv2，重力勢能的減小量為：EpmgL(1cos)，若機械能守恒有：L(1cos)，即有：x24(HL)L(1cos)用縱坐標表示x2并且要使圖像是一條直線，那么橫坐標應表示cos.(2)若機械能守恒有：x24(HL)L(1cos)4L(HL)4(HL)Lcos，圖線的縱軸上的截距為4L(HL)，圖線的斜率k4L(HL)6(2018·貴州模擬)某實驗小組利用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律，實驗主要步驟如下：將光電門安放在固定于水平地面上的長木板上；將細繩一端連在小車上，另一端繞過兩個定滑輪后懸掛一鉤碼，調(diào)節(jié)木板上滑輪的高度，使該滑輪與小車間的細繩與木板平行；測出小車遮光板與光電門之間的距離L，接通電源，釋放小車，記下小車遮光板經(jīng)過光電門的時間t；根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算出小車與鉤碼組成的系統(tǒng)動能的增加量和鉤碼重力勢能的減少量(1)根據(jù)上述實驗步驟，實驗中還需測量的物理量有_A小車上遮光板的寬度dB小車的質(zhì)量m1C鉤碼的質(zhì)量m2D鉤碼下落的時間t(2)由實驗步驟和(1)選項中測得的物理量，可得到系統(tǒng)動能增加量的表達式為_，鉤碼重力勢能減少量的表達式為_；改變L的大小，重復步驟、.若在誤差范圍內(nèi)，系統(tǒng)動能的增加量均等于鉤碼重力勢能的減少量，說明該系統(tǒng)機械能守恒答案(1)ABC(2)m2gL解析小車通過光電門的瞬時速度v，則系統(tǒng)動能的增加量Ek(m1m2)v2，鉤碼重力勢能的減小量Epm2gL.可知還需要測量的物理量有：小車上遮光板的寬度d，小車的質(zhì)量m1，鉤碼的質(zhì)量m2，故選：A、B、C三項7.(2018·咸陽模擬)某同學利用圖示的裝置來研究機械能守恒問題，設(shè)計了如下實驗，A、B是質(zhì)量均為m的小物塊，C是質(zhì)量為M的重物A、B間有輕質(zhì)彈簧相連，A、C間有輕質(zhì)細繩相連在物塊B下放置一壓力傳感器，重物C下放置一速度傳感器，壓力傳感器和速度傳感器相連，當壓力傳感器為零時，就觸發(fā)速度傳感器測定此時重物C的速度整個實驗中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，重力加速度為g，實驗操作如下：(1)開始時，系統(tǒng)在外力作用下保持靜止，細繩拉直但張力為零，現(xiàn)釋放C，使其向下運動，當壓力傳感器示數(shù)為零時，觸發(fā)速度傳感器測出C的速度為v.(2)實驗中保持A、B質(zhì)量不變，改變C的質(zhì)量多次重復第(1)步該實驗中，M和m的關(guān)系必須滿足M_(填“小于”“等于”或“大于”)m.為便于研究速度v與質(zhì)量M的關(guān)系，每次測重物的速度時，其已下降的高度應_(填“相同”或“不同”)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，為得到線性關(guān)系圖線，應作出_(填“v2­M”“v2­”“v2­”)圖線答案大于相同v2­解析要確保壓力傳感器的示數(shù)為零，彈簧要從壓縮狀態(tài)到伸長狀態(tài)，那么C的質(zhì)量M要大于A的質(zhì)量m；即Mm.要剛釋放C時，彈簧處于壓縮狀態(tài)，若使壓力傳感器為零，則彈簧的拉力為：Fmg壓力傳感器示數(shù)為零時，A物體上升與C下落的高度總相同：xx1x2；選取A、C及彈簧為系統(tǒng)，根據(jù)機械能守恒定律，則有：(Mm)g·(Mm)v2；整理可知：v2·；為了得到線性關(guān)系圖線，因此應作出v2­的圖像7