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5-5实验(一)探究动能定理实验(二)验证机械能守恒定律一、选择题1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具测量的有()A．重锤的质量B．重力加速度C．重锤下落的高度D．与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度[答案]C[解析]由机械能守恒定律列方程，等式两边都有质量可消去，故不用测质量，只需测重锤下落高度，计算出对应点的速度，故选C。2．(2012·哈师大附中高三联考三)如图所示，在“探究功与速度变化的关系”的实验中，下列做法能够实现橡皮筋对小车做功整数倍变化的是()A．释放小车的位置等间距的变化B．橡皮筋两端固定，使橡皮筋的伸长量依次加倍C．橡皮筋两端固定，使橡皮筋的长度依次加倍D．增加相同橡皮筋的条数，使小车每次从同一位置释放[答案]D[解析]本题考查对“探究功与速度变化的关系”实验的理解。橡皮筋相同，增加其条数，并且每次从同一位置释放可保证做功成整数倍增加。本题难度易。3．某同学在做利用橡皮筋探究功与速度变化关系的实验时，拖着纸带的小车在橡皮筋的作用下由静止运动到木板底端，在此过程中打点计时器在纸带上打下的相邻点间的距离变化情况是()A．始终是均匀的B．先减小后增大C．先增大后减小D．先增大后均匀不变[答案]D[解析]橡皮筋对小车作用过程中小车速度增大，所以点间距增大，当小车离开橡皮筋后做匀速直线运动，点的间距不再变化，所以选D。4．用如图所示实验装置来验证机械能守恒定律时，某同学的以下说法中正确的是()A．必须用秒表测出重物下落的时间B．实验操作时，注意手提着纸带使重物靠近计时器，先接通计时器电源，然后松开纸带C．如果打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，就会造成重力势能的变化小于动能的变化D．验证时，可以不测量重物的质量或重力[答案]BD[解析]因为实验中运用打点计时器，不需要测时间，A错误；打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，造成重力势能的减少大于动能的增量，C错误；实验时，为节约纸带，便于测量，应使重物靠近计时器，应先通电后放手，B正确；因为动能和势能表达式中都含有质量，可以消去，故不需测质量，D正确。5．“验证机械能守恒定律”的实验中，使用电磁式打点计时器(所用交流电的频率为50Hz)，得到如图所示的纸带。图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列说法正确的是()A．实验时应先放开纸带再接通电源B．(s6－s1)等于(s2－s1)的6倍C．由纸带可求出计数点B对应的速率D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02s[答案]C[解析]使用打点计时器时应先接通电源后松开纸带，选项A错；T＝5×150s＝0.1s，s6－s1＝5aT2，s2－s1＝aT2，所以(s6－s1)＝5(s2－s1)，选项BD错误；由于s2、s3已知，计数点间的时间T＝0.1s，所以可求得计数点B对应的速度，选项C正确。二、非选择题6．(2012·乌鲁木齐高三二次测验)某同学用下面的方法做“探究功与速度变化的关系”的实验。将木板固定在水平的桌面上，在木板虚线PP′上钉两个钉子，木块上钉一个钉子，橡皮筋两端分别固定在木板的钉子上。现将木块拉至虚线OO′处，释放木块，设其前端到达PP′时速度为v，木块离开橡皮筋后滑行的距离为s。(1)如果用一根橡皮筋将木块拉到OO′处，释放木块，橡皮筋对木块做的功为W，那么，当把三根相同的橡皮筋并起来将木块拉到OO′处，释放木块，橡皮筋对物体所做的功为________；(图中两虚线间距离很小，摩擦不计)(2)用1,2,3,4,5根橡皮筋分别对木块做功，测得木块离开橡皮筋后滑行的距离为s1，s2，s3，s4，s5。以橡皮筋对木块做的功W为纵坐标，以滑行的距离s为横坐标，作出W－s图象是过原点的直线，那么W与v的关系是________。[答案](1)3W(2)W∝v2[解析](1)用相同的橡皮筋，把木块拉到相同的位置，当木块运动到OO′处时，每根橡皮筋做功相等，所以用三根橡皮筋时橡皮筋对物块做的总功为3W；(2)W－s图象是一条过原点的倾斜直线，可得W∝s，物块滑行的过程中做匀减速运动，由运动学公式可得v2＝2as，v2∝s，由数学知识可得W∝v2。7．(2013·广东汕头)某同学利用图甲中器材验证机械能守恒实验。如图乙是该实验得到的一条点迹清晰的纸带，现要取A、B两点来验证实验，已知打点计时器每隔0.02s打一个点。(计算结果保留三位有效数字)请回答下列问题：(1)可以判断，连接重物的夹子应夹在纸带的________端(填“左”或“右”)；(2)若x2＝4.80cm，则在纸带上打下记数点B时的速度vB＝________m/s。(3)若x1数据也已测出，则实验还需测出物理量为________。(4)若分析实验结果发现重物下落过程中减少的重力势能明显大于其增加的动能，则可能的原因是：________。[答案](1)左(2)1.20(3)AB之间的距离hAB(4)重物的质量太小或摩擦阻力太大[解析](1)物体做自由落体运动，速度越来越大，相等时间内的位移越来越大，则夹子应夹在纸带的左端。(2)打下B点时的速度vB＝x22T＝4.80×10－20.04＝1.20m/s。(3)A到B的过程，机械能守恒，则mghAB＝12mv2B－12mv2A，还需要测AB之间的距离hAB。(4)重物的质量太小或摩擦阻力太大而不能忽略，重物下落过程中减少的重力势能明显大于其增加的动能。8．(2012·福建四地六校联考)测量滑块在运动过程中所受的合外力是“探究动能定理”实验要解决的一个重要问题，为此，某同学设计了如下实验方案：A．实验装置如图所示，一端系在滑块上的细绳通过转轴光滑的轻质滑轮挂上钩码，用垫块将长木板固定有定滑轮的一端垫起。调整长木板的倾角，直至轻推滑块后，滑块沿长木板向下做匀速直线运动；B．保持长木板的倾角不变，取下细绳和钩码，让滑块沿长木板向下做匀加速直线运动．请回答下列问题：(1)滑块做匀速直线运动时，打点计时器在纸带上所打出点的分布应该是________；(2)滑块在匀加速下滑过程中所受的合外力大小________钩码的重力大小(选填“大于”“等于”或“小于”)。[答案](1)等间距(或均匀)(2)等于[解析](1)纸带上的不同点痕记录了滑块在不同时刻的位置和不同时间内的位移，当滑块做匀速直线运动时，点痕的分布应该是等间距或均匀的。(2)悬挂钩码，滑块匀速下滑时，根据滑块的平衡条件有mgsinθ－Ff－G码＝0，所以G码＝mgsinθ－Ff；当保持长木板的倾角不变，取下细绳和钩码，让滑块沿长木板向下做匀加速直线运动时，滑块受到的合外力F合＝mgsinθ－Ff。显然，F合＝G码。9．(2012·南京二模)如图a为利用气垫导轨(滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略)“验证机械能守恒定律”的实验装置，请结合以下实验步骤完成填空。(1)将气垫导轨放在水平桌面上，并调节至水平。(2)用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。用刻度尺测出两光电门中心之间的距离s，用游标卡尺测出挡光条的宽度l，见图b，l为____________cm。(3)将滑块移至光电门1左侧某处，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2。读出滑块分别通过光电门1和光电门2时的挡光时间Δt1和Δt2。(4)滑块通过光电门1和光电门2时，可以确定系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝____________和Ek2＝____________。在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝______________(已知重力加速度为g)。比较____________和____________，若在实验误差允许的范围内相等，即可认为机械能是守恒的。[答案](2)1.550(4)12(M＋m)(lΔt1)212(M＋m)(lΔt2)2mgsΔEpEk2－Ek1[解析](2)根据游标卡尺读数规则可知游标尺分度为20，读出主尺的读数为1.5cm，游标尺上第10条刻度线与主尺上某条刻度线对齐，故游标尺上读数为10×0.05mm＝0.050cm，读数为1.550cm。(4)可以分别求出滑块经过光电门1和光电门2时的瞬时速度，v1＝lΔt1、v2＝lΔt2，根据动能公式有Ek1＝12(M＋m)(lΔt1)2，Ek2＝12(M＋m)(lΔt2)2，滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量等于砝码和托盘的重力势能的减少量，即mgs；验证系统的机械能是否守恒，比较ΔEp、Ek2－Ek1，若在实验误差允许范围内相等，即可认为机械能是守恒的。10．(2012·山东潍坊模拟)某同学用如图所示的装置验证动能定理。为提高实验精度，该同学多次改变小滑块下落高度H的值，测出对应的平抛运动水平位移x，并算出x2如下表，进而画出x2－H图象如图所示：滑块下落高度H平抛水平位移x/cm平抛水平位移平方x2/cm21h5.530.252h9.182.813h11.7136.894h14.2201.645h15.9252.816h17.6309.767h19.0361.008h20.6424.369h21.7470.89(1)原理分析：若滑块在下滑过程中所受阻力很小，则只要测量量满足________，便可验证动能定理。(2)实验结果分析：实验中获得的图象未过坐标原点，而交在了大约(0.6h,0)处，原因是________________________________。[答案](1)x2与H成正比(2)滑块需要克服阻力做功[解析](1)若滑块在下滑过程中所受阻力很小，由动能定理，mgH＝12mv2，根据平抛运动规律，x＝vt，h＝12gt2，显然x2与H成正比，即只要测量量满足x2与H成正比，便可验证动能定理。(2)实验中获得的图象未过坐标原点，而交在了大约(0.6h,0)处，原因是滑块需要克服阻力做功。11.(2012·江苏苏北四星级高中联考)用如图实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。下图给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示。已知m1＝50g、m2＝150g，则(g取9.8m/s2，所有结果均保留三位有效数字)。(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________m/s；(2)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统势能的减少量ΔEp＝________J；(3)若某同学作出v22－h图象如图，则当地的实际重力加速度g＝________m/s2。[答案](1)2.40(2)0.5760.588(3)9.70[解析](1)T＝5×0.02s＝0.1s，打下计数点5时的速度v5＝x462T＝0.2160＋0.26400.2m/s＝2.40m/s。(2)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝12(m1＋m2)v25＝0.576J；系统势能的减少量ΔEp＝(m2－m1)gh＝0.1×9.8×(0.3840＋0.2160)J＝0.588J。(3)由机械能守恒定律得，(m2－m1)gh＝12(m1＋m2)v2，整理得，v22＝g2h，即图象斜率的2倍等于重力加速度g，由作出的v22－h图象，可求得当地的实际重力加速度g＝2×5.821.20m/s2＝9.70m/s2。12．(2012·山东潍坊高三质量检测)一同学在学习了机械能守恒定律后，认为小球沿竖直光滑曲面自由下滑的过程机械能是守恒的，于是设计了如图所示的实验装置加以验证。图中曲面固定，底端B处切线水平且与桌的右边缘相齐，他的实验步骤如下：a．在木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处，使小球从曲面上某点A由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹。b．将木板向右平移适当的距离固定，再使小球由A点静止释放，撞到木板上得到痕迹Pc．测出OP的距离y，竖直木板向右移动的