备战高考物理实验专题复习《验证机械能守恒定律》(解析版)

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《验证机械能守恒定律》

一、实验题

1. 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一水平的气垫导轨，导轨上A点处有一滑块，其质量为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。调节细绳的长度使每次实验时滑块运动到B点处与劲度系数为k的弹簧接触时小球恰好落地，测出每次弹簧的压缩量x，如果在B点的正上方安装一个速度传感器，用来测定滑块到达B点的速度，发现速度v与弹簧的压缩量x成正比，作出速度v随弹簧压缩量x变化的图象如图乙所示，测得

图象的斜率

。在某次实验中，某同学没有开启速度传感器，但测出了A、B两点间的距离为L，弹簧的压缩量为 ，重力加速度用g表示，则：

滑块从A处到达B处时，滑块和小球组成的系统动能增加量可表示为

______，系统的重力势能减少量可表示为 ______，在误差允许的范围内，若 则可认为系统的机械能守恒。 用题中字母表示

在实验中，该同学测得 ，弹簧的劲度系数 ，并改变A、B间的距离L，作出的 图象如图丙所示，则重力加速度 ______ 。

2. 某实验小组进行“验证机械能守恒定律”的实验．

甲同学用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，将电火花计时器固定在铁架台上，把纸带的下端固定在重锤上，纸带穿过电火花计时器，上端用纸带夹夹住，接通电源后释放纸带，纸带上打出一系列的点，所用电源的频率为 ，实验中该同学得到一条点迹清晰的纸带如图所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点．纸带连续的计时点A、B、C、D至第1个点O的距离如图所示，已知重锤的质量为 ，当地的重力加速度为 ，从起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能的减少量为 ______J，重锤动能的增加量为 __________J，从以上数据可以得到的结论是__________ 结果保留3位有效数字 ．

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乙同学利用上述实验装置测定当地的重力加速度．他打出了一条纸带后，利用纸带测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以

为纵轴画出了如图所示的图线．由于图线明显偏离原点，若测量和计算都没有问题，在实验的操作上其原因可能是__________ 乙同学测出该图线的斜率为k，如果阻力不可忽略，则当地的重力加速度g__________ 选填“大于”、“等于”或“小于” ．

丙同学用如图所示的气垫导轨装置来验证机械能守恒定律，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L，窄遮光板的宽度为d，窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为 、 ，滑块在气垫导轨上运动时空气阻力不计，为验证机械能守恒定律，还需测量的物理量是 ，机械能守恒的表达式为

3. 某研究生学习小组为了研究“两小球碰撞过程中动能的损失率” 即碰撞中系统动能的损失与系统碰撞前初动能的比值

，设计了如图所示的装置进行如下的实验操作：

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Ⅰ 先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，撞到木板并在木板上留下痕迹O；

Ⅱ 将木板向右平移适当的距离，再使小球a从原固定点由静止释放，撞在木板上得到痕迹B；

Ⅲ 然后把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从原固定位置由静止开始滚下与小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C：

Ⅳ 用天平测量a、b两小球的质量分别为 、 ，用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的距离分别为 、 和 ．

本实验中所选用的两小球质量关系为 ________ 填“ ”、“ ”或“ ” ；

用本实验中所测得的量表示

，其表达式为________________．

4. 用如图所示装置可验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量相等的物块A、B，物块B上放一金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物块B的正下方。开始时，金属片C与圆环间的高度为h，A、B、C由静止开始运动。当物块B穿过圆环时，金属片C被搁置在圆环上，两光电门分别固定在铁架台 、 处，通过数字计时器可测出物块B从 旁运动到 旁所用时间t，已知重力加速度为g。

若测得 、 之间的距离为d，则物块B刚穿过圆环后的速度 ________。

若物块A、B的质量均用M表示，金属片C的质量用m表示，该实验中验证了下面选项________中的等式成立，即可验证机械能守恒定律。

A.

B.

4 C.

D.

改变物块B的初始位置，使物块B从不同的高度由静止下落穿过圆环，记录每次金属片C与圆环间的高度h以及物块B从 旁运动到 旁所用时间t，则以h为纵轴，以________ 选填“ ”或“

” 为横轴，通过描点作出的图线是一条过原点的直线，该直线的斜率 ________ 用m、g、M、d表示 。

5. 某同学设计如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。用频闪频率为f的频闪相机记录了小球自倾角为 的斜面上滑下的过程，测得a、b、c、d到o的距离分别为 、 、 、 。

小球经过位置c时的速度 ________。

选取o为位移起点，根据实验数据作出 图线，若小球下滑过程机械能守恒，则图线斜率 ________。 重力加速度大小用g表示

实验中， 造成系统误差的原因是________； 造成偶然误差的原因是________。 各写出一个原因

若改变斜面倾角进行实验，斜面倾角越大，斜面对小球的摩擦力________，误差________。 两空填“越大”或“越小”

6. 用如图所示装置来验证动量守恒定律，质量为 的钢球B放在小支柱上，球心离地面高度为H；质量为 的钢球A用细线拴好悬挂于O点，当细线被拉直时A球球心到O点的距离为L，且细线与竖直方向的夹角为 ，A球由静止释放，摆到最低点时恰与B球发生对心正碰，碰撞后A球沿原来的摆动方向继续运动，摆动到摆线与竖直方向的夹角为 位置处，碰撞后B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸，用来记录B球的落点，测得B球的水平射程为s，已知重力加速度为g．

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用图中所示各个物理量的符号表示碰撞前后A、B两球的动量 设A、B两球碰撞前的动量分别为 、 ，碰撞后的动量分别为、，则 ________， ________， 请你提出两条提高实验精度的建议；

_______________________________________________________________________________

7. 如图所示是“探究碰撞过程中动量守恒”的实验装置，质量为M的小球甲用长为L、不可伸长的细线拴于天花板上的O点，将细线拉直至与竖直方向成a角的位置由静止释放，当小球甲摆到最低点时与静止在O点正下方质量为m的小球乙发生对心正碰，碰后小球乙离开桌面做平抛运动，小球乙落地点A到O点正下方地面上B点的水平距离为d，已知桌面高度为H。

若两个小球碰撞后小球甲继续向左摆，则甲、乙的质量关系为M________ 填“大于”、“小于”或“等于”

若甲、乙碰撞时动能的损失很小，可以忽略不计，试推导小球乙在平抛运动过程中发生的水平位移d的表达式 ________。

8. 碰撞一般分为弹性碰撞和非弹性碰撞，发生弹性碰撞时，系统的动量守恒，机械能也守恒 发生非弹性碰撞时，系统的动量守恒，但机械能不守恒。为了判断碰撞的

6 种类，某实验兴趣小组用如图“碰撞实验器”设计了如下实验。实验步骤如下：

按照如图所示的实验装置图，安装实物图。

调整斜槽末端水平，O为斜槽末端竖直投影。

在轨道上固定一挡板S，从贴紧挡板S处由静止释放质量为 的小球1，小球1落在P点，用刻度尺测得P点与O点距离2L。

在装置末端放置一个大小与小球1相同的小球2，其质量为 。现仍从S处静止释放小球1，小球1与小球2发生正碰，小球2落在N点，小球1落在M点，测得OM为L，ON为3L。

若入射小球质量为 ，半径为 被碰小球质量为 ，半径为 ，则要求_______。

A.

B.

C.

D.

小球1与小球2的质量之比 ____。

若两小球均看作质点，以两球为系统，碰前系统初动能 ____，碰后系统末动能 ____，则系统机械能 _____ 选填“守恒”或“不守恒” ，可以得出两球的

碰撞是____碰撞。 、 用题目中字母H、 、L和重力加速度g表示

9. 小华设计了如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，提供的实验器材如下：

A.小车

B.钩码

7 C.一端带滑轮的木板

D.细线

E.电火花计时器

F.纸带

G.毫米刻度尺

H. ～ 交流电源

I.220V的交流电源

实验中不需要的器材是________ 填写器材前的字母序号 。还应补充的器材是________。

实验中得到的一条纸带如图乙所示，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点 标号 ～ ，分别测出0到1、2、3、4、5、6点的距离为 、 、 、 、 、 ，打点周期为T。则打点2时小车的速度 ________；若测得小车质量为M，钩码质量为m，打点1和点5时小车的速度分别为 、 ，已知重力加速度为g，则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为________。

10. “枪支比动能 ”是反映枪支威力的一个参数，已知 式中 是子弹离开枪口时的动能，S是子弹的横截面积 若子弹是球形，则S是过球心的截面圆面积 。“J2136冲击摆实验器”是物理实验中的实验器材，可以用来测量弹簧枪的比动能 ，如图甲所示，左侧是可以发射球形子弹的弹簧枪，中间立柱上悬挂小摆块，摆块一般用塑料制成，正对枪口处有一水平方向的锥形孔 使弹丸容易射入并与摆块结合为一体 。摆块摆动的最大角 可由刻度盘读出。 重力加速度大小为 。

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用游标卡尺测量子弹直径，测量结果如图乙所示，子弹的直径 ______mm。

实验开始之前，必须测量的物理量为子弹直径d以及___________和_________。 写出物理量及其表示字母

实验步骤如下：

将冲击摆实验器放在桌上，调节底座上的调平螺丝，使底座水平；

再调节支架上端的调节螺丝，改变悬线的长度，使摆块的孔洞跟枪口正对，并且使摆块右侧与0刻度对齐；