復習專題十七實驗：驗證機械能守恒定律——精剖細解細復習講義【實驗目的】學會利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的方法。掌握機械能守恒定律實驗的思路和誤差分析。學會利用氣墊導軌和計時器驗證機械能守恒定律的方法。掌握實驗的改進和創(chuàng)新對機械能守恒定律的探究方法。【實驗原理】在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能互相轉化，忽略阻力的情況下，物體的機械能守恒。有兩種方案驗證物體的機械能守恒：以物體自由下落的位置O為起始點，測出物體下落高度h時的速度大小v，則物體重力勢能的減少量為mgh，動能的增加量為eq\f(1,2)mv2，如果在實驗誤差允許的范圍內相等則驗證了機械能守恒定律。以物體自由下落的位置O為起始點，測出物體下落高度h過程的初、末時刻的速度v1、v2，則物體重力勢能的減少量為mgh，動能的增加量為mv22-mv12，如果mv22-mv12=mgh則物體的機械能守恒。速度可由公式vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)或vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)進行計算，如下圖紙帶所示：【實驗器材】重物(帶紙帶夾)，鐵架臺(含鐵夾)，打點計時器，交流電源，復寫紙，導線，毫米刻度尺，紙帶?！緦嶒炑b置圖】【實驗步驟】儀器安裝：按實驗裝置圖將檢查、調整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方。先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復做3-5次實驗。選紙帶：若根據(jù)eq\f(1,2)mv2＝mgh驗證時，應選點跡清晰，打點成一條直線，且1、2兩點間距離小于或接近2mm的紙帶（如果1、2兩點間的距離大于2mm，原因是先釋放紙帶，后接通電源，因此第1個點就不是運動的起始點了，這樣的紙帶不能選），把紙帶上打出的兩點間的距離為2mm的第一個點作為起始點，記作O，在距離O點較遠處再依次選出計數(shù)點1、2、3、…若根據(jù)eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mgΔh驗證時，由于重力勢能的變化是絕對的，在處理紙帶時只需選擇適當?shù)狞c為基準點就可以了，原因是紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否為2mm就不影響結果。【數(shù)據(jù)處理】根據(jù)eq\f(1,2)mv2＝mgh驗證時，選取起始點和第n點計算，mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，若mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)相等，則驗證了機械能守恒定律；根據(jù)eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mgΔh驗證時，任取兩點A、B測出hAB，計算出mghAB和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)的值，若mghAB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)成立，則驗證了機械能守恒定律；圖像法：從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以eq\f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出eq\f(1,2)v2－h(huán)圖線，如果圖線是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證機械能守恒定律?！菊`差分析】系統(tǒng)誤差：重物下落要克服阻力做功，部分機械能轉化成內能，動能的增加量一定小于重力勢能的減少量，這是不可避免的，屬于系統(tǒng)誤差；偶然誤差：長度測量時，測量及讀數(shù)不準造成的誤差；交流電的周期不穩(wěn)定，造成打點時間間隔變化而產(chǎn)生誤差；采用電火花打點計時器而不采用電磁打點計時器，可以避免振針阻力的影響，減小實驗的誤差。【實驗注意事項】安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小摩擦阻力。應選用質量和密度較大的重物，增大重力和增大密度（減小體積）可使阻力的影響相對減小。計算速度時不能用v=gt或v=，否則就犯了用機械能守恒定律去驗證機械能守恒的錯誤?！緦嶒瀯?chuàng)新】利用光電門測速度，如下圖所示，可減小因打點計時器限位孔及振針的阻力對實驗精確度的影響。用高頻閃光照相機對自由落體運動的小球拍照，數(shù)據(jù)處理方法與處理紙帶類似，可減小因打點計時器限位孔及振針的阻力對實驗精確度的影響。用一根不可伸長的輕繩、小圓柱、光電門來完成驗證，如下圖所示，實驗原理為用輕繩拴住小物塊，讓其繞懸點由水平位置向下做圓周運動，在懸點的正下方固定好光電門，測出小圓柱經(jīng)過光電門的速度，可由mgL＝eq\f(1,2)mv2，驗證機械能守恒。利用平拋運動的知識來驗證，如下圖所示，實驗原理為弧形軌道末端水平，距離地面的高度為H。將鋼球從軌道的不同高度h處靜止釋放，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s，則有：由平拋規(guī)律：s＝vt、H＝eq\f(1,2)gt2，又由機械能守恒：mgh＝eq\f(1,2)mv2，若s2＝4Hh則機械能守恒定律得到驗證。驗證機械能守恒定律的實驗目的、原理與器材1．如圖所示，某實驗小組在實驗室中利用水平氣墊導軌和兩個光電門計時器A和B驗證質量為M的滑塊（含遮光條）和質量為m的鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒。已知遮光條的寬度為d，先后通過A、B光電門的時間分別為、，光電門A、B之間的距離為s?；瑝K運動通過光電門B時，鉤碼未落地。（重力加速度為g）實驗中需要用到的器材有___________（填選項前的字母）。A．天平 B．彈簧測力計 C．打點計時器 D．秒表【答案】A【詳解】實驗需要驗證鉤碼重力勢能的減少量等于鉤碼和滑塊動能的增加量，即驗證所以實驗中需要用到天平直接測量質量，不用彈簧測力計來間接測量質量，有光電門不需要打點計時器也不需要秒表，A正確，BCD錯誤。故選A。2．某同學用如圖所示的裝置做“驗證機械能守恒定律"實驗。下列說法正確的是（）A．打點計時器使用的是交流電源B．完成該實驗需要秒表C．實驗時應先釋放紙帶，再接通電源D．實驗時必需測量物體的質量【答案】A【詳解】A．打點計時器應接交流電源，A正確；B．我們可以通過打點計時器計算時間，不需要秒表，B錯誤；C．開始記錄時，應先給打點計時器通電打點然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點計時時器的電源，因為重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差，C錯誤；D．根據(jù)減小的重力勢能轉化為動能的增加，則有等式兩邊的質量m可約去，D錯誤。故選A。3．如圖所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，用重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可驗證機械能守恒定律．實驗中需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h．某同學對實驗得到的紙帶，設計了以下四種測量方案，這些方案中正確的是：．A．用刻度尺測出物體下落高度h，由打點間隔數(shù)算出下落時間t，通過v=gt計算出瞬時速度vB．用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過計算出瞬時速度vC．根據(jù)做勻變速直線運動時，紙帶上某點的瞬時速度等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過計算得出高度hD．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時，紙帶上某點的瞬時速度等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v【答案】D【詳解】AB．瞬時速度應由紙帶根據(jù)求出，因為重物下落過程中受到阻力作用，實際加速度小于當?shù)刂亓铀俣龋荒苡没蛘遶=gt來求速度，故AB錯誤；C．應用米尺量出紙帶下落高度，不能用求高度，故C錯誤；D．下落高度應用米尺測量，根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測出瞬時速度，故D正確。故選D。合驗證機械能守恒定律的實驗步驟與數(shù)據(jù)處理4．圖示為“用打點計時器驗證機械能守恒定律”的實驗裝置，關于這一實驗，下列說法正確的是（）A．實驗中必須使用秒表測出重物下落的時間B．實驗中必須用天平測出重物的質量C．實驗中應使打點計時器的兩個限位孔在同一豎直線上，以減小紙帶與限位孔之間的摩擦D．在實際測量中，重物減少的重力勢能通常會略小于增加的動能【答案】C【詳解】A．我們可以通過打點計時器計算時間，不需要秒表，故A錯誤；B．根據(jù)，可知兩邊質量可以約掉，不需要測量重物的質量m，故B錯誤；C．實驗中應使打點計時器的兩個限位孔在同一豎直線上，以減小紙帶與限位孔之間的摩擦，故C正確；D．在實際測量中，由于各種阻力的存在，重物減少的重力勢能通常會略大于增加的動能，故D錯誤。故選C。5．如圖所示，在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用的交流電的頻率為50Hz，查得當?shù)氐闹亓铀俣萭=10m/s2，測得所用的重物的質量為1.00kg，實驗中得到一條點跡清晰的紙帶如圖所示。把第一個點記做O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點。經(jīng)測得知道A、B、C、D各點到O點的距離為62.99cm、70.14cm、77.76cm、85.37cm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于___________J；C點的速度為_______m/s；（計算結果保留三位有效數(shù)字）；但實驗中總存在重力勢能的減少量_______動能的增加量（填小于、等于、大于），則上述三個空的答案是（）A．7.78381等于B．7.783.81大于C．7783.81大于D．7.783.81等于【答案】B【詳解】ABCD．重物下落過程中，重力勢能的減小量等于重力做的功勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于這段位移的平均速度，有重物下落過程中需要克服空氣阻力做功，由能量守恒可得重力勢能的減少量大于動能的增加量，ACD錯誤，B正確。故選B。6．實驗“用DIS研究機械能守恒定律”的裝置如圖所示，標尺盤中A、B、C、D為擺錘的四個位置，各點與最低點D的高度差已由計算機默認。某組同學在實驗中，得到的圖象如圖所示。圖象的橫軸表示擺錘距D點的高度h，縱軸表示擺錘的重力勢能、動能或機械能。下列說法錯誤的是（）A．光電門傳感器要分別放在D、C、B點進行重復操作B．擺錘每次釋放的高度要保持不變，且必須保證讓擺錘的直徑寬度遮擋紅外發(fā)射孔C．圖線甲表示擺錘的機械能ED．圖線乙表示擺錘的機械能【答案】D【詳解】AB．光電門傳感器要分別放在D、C、B點進行重復操作，利用光電門來測量各點的瞬時速度，注意擺錘每次釋放的高度要保持不變，且必須保證讓擺錘的直徑寬度遮擋紅外發(fā)射孔，故AB正確，不符合題意．CD．小球在靜止釋放后，重力在做正功，重力勢能不斷減少，動能不斷增加，通過觀察圖象b特點易知：丙表示重力勢能，乙表示動能，甲表示機械能E，故C正確，不符合題意，D錯誤，符合題意．故選D．【點睛】本題比較新穎，要注意結合實驗的原理進行分析，從而找出符合該實驗的原理，同時掌握求解瞬時速度的方法，及光電門的工作原理．驗證機械能守恒定律的注意事項和誤差分析7．某同學用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律，下列說法正確的是（）

A．電火花打點計時器的工作電壓為直流電B．手提紙帶上端，先釋放紙帶再啟動打點計時器C．某條紙帶開頭一段點跡不清晰，該紙帶也能驗證機械能守恒定律D．可以根據(jù)求紙帶上打某點時重物的瞬時速度【答案】C【詳解】A．電火花打點計時器的工作電壓為交流電，故A錯誤；B．手提紙帶上端，先啟動打點計時器再釋放紙帶，故B錯誤；C．實驗中并非一定選取開始速度為零的點，選取點跡比較清晰部分的紙帶進行測量即可，故C正確；D．不可以根據(jù)求紙帶上打某點時重物的瞬時速度，否則就認為加速度為重力加速度，機械能守恒了，故D錯誤。故選C。8．如圖所示，某實驗小組在實驗室中利用水平氣墊導軌和兩個光電門計時器A和B驗證質量為的滑塊（含遮光條）和質量為的鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒。已知遮光條的寬度為，先后通過A、B光電門的時間分別為、，光電門A、B之間的距離為?；瑝K運動通過光電門B時，鉤碼未落地。（重力加速度為）下列情況下可能增大實驗誤差的是___________。A．滑塊在光電門右側釋放時有微小的初速度B．滑塊質量和鉤碼質量不滿足C．遮光條寬度較小D．兩光電門間距過小【答案】D【詳解】A．實驗是驗證滑塊經(jīng)過A、B光電門時滑塊和鉤碼總的動能增加量是否等于鉤碼重力勢能的減少量，滑塊在光電門右側釋放時有微小的初速度對實驗誤差不會產(chǎn)生影響，故A錯誤；B．滑塊質量和鉤碼質量是否滿足，對該實驗沒有影響，不會增大實驗誤差，故B錯誤；C．遮光條寬度較小，經(jīng)過光電門的時間變小，經(jīng)過光電門時的平均速度越接近瞬時速度，有利于減小實驗誤差，故C錯誤；D．兩光電門間距過小，在測量兩個光電門之間的距離時測量誤差會增大，故D正確。故選D。9．圖示為“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置。關于該實驗，下列說法中正確的是（

）A．實驗中必須測出重錘的質量B．實驗中應先釋放紙帶，后接通電源C．手抓紙帶的位置越靠近打點計時器越好D．固定打點計時器時，其限位孔須在同一豎直面內【答案】D【詳解】A．實驗中是驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，等式兩邊都有質量，可以約掉，所以不需要測出重錘的質量，故A錯誤；B．為了充分利用紙帶，實驗中應先接通電源，后釋放紙帶，故B錯誤；C．為了防止手影響紙帶的運動，手應該遠離打點計時器抓住紙帶的末端，故C錯誤；D．為了減小摩擦阻力，固定打點計時器時，其限位孔須在同一豎直面內，故D正確。故選D。實驗題10．某實驗小組用落體法驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示。實驗中測出重物自由下落的高度及對應的瞬時速度。請根據(jù)實驗原理和步驟完成下列問題。（當?shù)氐闹亓铀俣却笮?，計算結果均保留三位有效數(shù)字）

（1）關于上述實驗，下列說法正確的是__________。A．重物的質量可以不測量B．重物最好選擇密度較小的木塊C．實驗中應先釋放紙帶，后接通電源D．可以利用公式求出瞬時速度（2）如圖甲所示，使質量的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列的點。選取一條符合實驗要求的紙帶，如圖乙所示，為所打的第一個點，為合適位置開始選取的連續(xù)三個點，并測出點到各點的距離依次為、、。已知打點計時器每隔打一個點。則從打點計時器打下點到打下點的過程中，重物減少的重力勢能__________J；重物增加的動能__________J。（3）由于存在近乎恒定的阻力，導致重物重力勢能的減少量與動能增加量不完全相等，實驗小組的同學又多取等計時點，并正確計算出圖乙中打下各計時點的瞬時速度，以各計時點到點的距離為橫軸，為縱軸作出圖像，如圖丙所示，根據(jù)作出的圖線，可求出阻力與重力的比值__________。【答案】【詳解】（1）[1]A．本題是以自由落體運動為例來驗證機械能守恒定律，需要驗證的方程是故可約去，不需要用天平測量重物的質量，故A正確；B．重物最好選擇密度較大的鐵塊，受到的阻力較小，故B錯誤；C．實驗中應先接通電源，后釋放紙帶，故C錯誤；D．不可以利用公式來求解瞬時速度，否則體現(xiàn)不了實驗驗證，卻變成了理論推導，故D錯誤。故選A。（2）[2]從打點計時器打下點到打下點的過程中，重物減少的重力勢能為[3]由中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度可得，打下B點時，重物的速度為重物增加的動能為（3）[4]根據(jù)題意，由牛頓第二定律有整理可得由運動學公式有整理可得結合圖像可得聯(lián)立解得11．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中（1）可以采用下圖所示的A或B方案來進行，比較這兩種方案，______（填“A”或“B”）方案好些。

（2）在利用自由落體法“驗證機械能守恒定律”的實驗中，打點計時器所用交流電的頻率為50Hz，實驗得到的兩條紙帶如上圖所示，應選______（填“C”或“D”）紙帶好。

（3）在選擇正確方案后，某小組采用該方案裝置打出了一條紙帶如圖所示，相鄰兩點之間的時間間隔為0.02s，請根據(jù)紙帶計算出B點的速度大小為________m/s。（結果保留三位有效數(shù)字）

（4）該小組內的同學根據(jù)紙帶算出了相應點的速度v，并量出下落的距離h，以為縱軸，以h為橫軸畫出的圖線如圖所示，由圖像可知機械能損失占機械能的________%（保留兩位有效數(shù)字），得到的結論是在實驗誤差允許范圍內物體的機械能守恒。（當?shù)氐闹亓铀俣葹?0m/s2）

【答案】AD1.376.0【詳解】（1）[1]A中重物下落過程中存在空氣阻力和紙帶與限位孔之間的摩擦阻力，而B中小車運動過程中除空氣阻力和紙帶與限位孔之間的摩擦阻力外，還受到小車和斜面之間的摩擦力，機械能損失較多。故選A。（2）[2]D紙帶0~1間的距離更接近2mm，說明重物下落過程中所受阻力更小，機械能守恒。故選D。（3）[3]B點的速度大小為（4）[4]重物下落過程中，有所以所以所以12．小明想通過實驗來驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖所示。準備器材有：滑塊（上方固定有遮光條，且寬為d）、勁度系數(shù)為k的輕質彈簧、氣墊導軌、光電門（含光電計時器，圖中未畫出），并通過資料查得彈簧的彈性勢能公式，其中x為彈簧的形變量；實驗裝置如下圖所示。

操作步驟如下：①將氣墊導軌放在水平桌面上，把氣墊導軌調至水平；②將彈簧左端固定，并在彈簧原長處放置光電門（彈簧始終處于彈性限度內）；③在彈簧右端放置一滑塊，用力緩慢向左推動滑塊，壓縮彈簧至某位置，測得此時彈簧右端至光電門距離為x；④撤去外力，滑塊在彈簧彈力作用下向右運動，測得滑塊上的遮光條經(jīng)過光電門的時間為t；⑤改變x，測出多組數(shù)據(jù)，描繪圖像。（1）本實驗還需要測量的物理量有_________（寫明物理量及其符號）；（2）若實驗操作正確，描繪圖像是_________（填序號）；①過坐標原點的一條直線②不過坐標原點的一條直線（3）圖像斜率為p，為驗證機械能守恒，需要驗證p=_________（使用題中已經(jīng)給出以及（1）問中涉及到的物理量符號表示）?！敬鸢浮炕瑝K的質量m①【詳解】（1）[1]實驗需要驗證彈簧的彈性勢能與滑塊獲得的動能是否相等，而通過遮光時間和遮光條寬度可以得到速度，所以本實驗還需要測量的物理量有滑塊的質量m。（2）[2]滑塊獲得的動能為由題易知實驗中彈簧壓縮量為x，若實驗操作正確，則彈簧和滑塊組成的系統(tǒng)機械能應近似守恒，即整理得由上式可知描繪的圖像應是過坐標原點的一條直線。（3）[3]若圖像斜率為p，為驗證機械能守恒，需要驗證13．某同學用氣墊導軌來驗證機械能守恒定律，裝置如圖所示，裝有遮光條的滑塊放置在氣墊導軌上的A位置，細線繞過固定在導軌右端的定滑輪，一端與滑塊連接、另一端懸掛鉤碼。已知遮光條寬度為d，滑塊與遮光條的總質量為M、A到光電門中心距離為x，鉤碼的質量為m，當?shù)刂亓铀俣葹間。

（1）開通氣源，先調節(jié)氣墊導軌水平，取下細線和鉤碼，將滑塊輕放在氣墊導軌上，如果滑塊能______，說明氣墊導軌水平。（2）掛上鉤碼將滑塊從靜止釋放，測得滑塊通光電門時遮光條的遮光時間為t，如果表達式______成立（用題中所給物理量的符號表示），則機械能守恒定律得到驗證。（3）改變鉤碼質量，多次實驗，每次均讓滑塊從A點由靜止釋放，測得多組鉤碼質量m及遮光條遮光時間作圖像，如果圖像是一條傾斜直線且圖像的斜率為______，圖像與縱軸的截距為______，則機械能守恒定律得到驗證。（均用題中所給物理量的符號表示）【答案】靜止【詳解】（1）[1]氣墊導軌上摩擦力可以忽略，將滑塊放在氣墊導軌上若滑塊能夠保持靜止狀態(tài)，表明氣墊導軌水平。（2）[2]對鉤碼和滑塊構成的系統(tǒng)，根據(jù)機械能守恒有根據(jù)光電門測速原理有則有（3）[3][4]根據(jù)上述有可知，機械能守恒定律得到驗證，則圖像必定是一條傾斜直線，且圖像的斜率與圖像與縱軸的截距分別為，14．某校高一年級的同學，在學習機械能守恒定律后，準備驗證在只有重力做功時的機械能守恒定律。其中兩名同學采用如圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律，而另兩名同學準備用如圖乙所示的裝置來驗證機械能守恒定律。

（1）第一組同學將圖甲中的實驗裝置安裝好后，用手提住紙帶上端，之后讓紙帶由靜止開始下落?；卮鹣铝袉栴}：①關于該實驗，下列說法正確的是______；A．為減小阻力，用電磁打點計時器比用電火花計時器B．在重物大小合適的情況下，選擇木塊比選擇鐵塊好C．釋放紙帶前應先接通電源②從打出的多條紙帶中找出一條起點清晰且各點間的距離變化規(guī)則的紙帶，如圖丙所示，其中O點為打出的第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取的三個連續(xù)計時點（其他點未畫出），已知打點計時器打點頻率為50Hz。若重物的質量為0.6kg，則打B點時重物的動能______J。（結果保留兩位有效數(shù)字）

（2）第二組同學按圖乙將實驗裝置安裝好后，讓小球靜止下垂時球心恰好通過光電門，用手把小球拉至與懸點等高且細線伸直，由靜止釋放小球，已知小球的質量為m，直徑為D，細線長為L，當?shù)刂亓铀俣却笮間，測得小球通過光電門的時間為Δt，回答下列問題：①小球通過光電門時的速度大小v=______；②若小球下落過程中機械能守恒，則應滿足關系式______。（3）另一名同學提出，以上兩小組同學所采用的實驗方案中都會有誤差出現(xiàn)，請你說出以上兩小組同學所采用的實驗方案中第二小組出現(xiàn)實驗誤差的一種可能原因：_______。【答案】C0.97小球下落過程中受到空氣阻力的作用（細線下落過程中可能伸長，小球直徑偏離光電門等）【詳解】（1）①[1]A．電火花計時器是通過火化放電留下點跡，電磁打點計時器是通過振針打點留下點跡，電火花計時器的阻力小于電磁打點計時器的阻力，故A錯誤；B．為了減小空氣阻力對實驗的影響，實驗時應選用密度較大的重物，即在重物大小合適的情況下，選擇鐵塊比選擇木塊好，故B錯誤；C．為了確保打第一個點跡的初速度為0，同時避免在紙帶上出現(xiàn)大量空白段落，實驗時應先接通電源后釋放紙帶，故C正確。故選C。②[2]打B點的速度其中根據(jù)給出數(shù)據(jù)，解得重物的動能為（2）①[3]小球通過光電門時的速度大?、赱4]若小球下落過程中機械能守恒，則減小得重力勢能等于增加的動能，則（3）[5]實驗方案中第二小組出現(xiàn)實驗誤差的可能原因是小球下落過程中受到空氣阻力的作用（細線在下落過程中可能伸長，小球直徑偏離光電門等）。15．某實驗小組的同學設計了圖示裝置完成“驗證機械能守恒定律”的實驗。光電門固定在鐵架臺上且與數(shù)字計時器連接，鐵架臺臺面上放有橡皮泥防止小球反彈。初始時，小球球心與釋放裝置下邊緣等高，再讓小球從光電門正上方某一高度由靜止釋放。

（1）已知小球直徑為d、當?shù)氐闹亓铀俣葹間，要想驗證機械能守恒還需測量的物理量有______。A．釋放裝置下邊緣到光電門中心的高度差hB．通過光電門的遮光時間為tC．小球質量m（2）若本實驗所提供的物理量滿足表達式：______，得證小球下落過程機械能守恒。（3）實際測量數(shù)據(jù)總顯示下落過程中小球重力勢能的減小量______（選填“大于”“小于”或“等于”）動能的增加量，主要原因是______。（4）該小組的同學認為可以利用圖像法來計算小球下落過程的平均阻力f。多次改變小球的釋放點高度，記錄下對應的下落高度h和遮光時間t，通過描點作圖得到了圖像是一條過原點的傾斜直線，已知該直線的斜率為k，小球質量為m，則平均阻力f=______?！敬鸢浮緼B/BA（或）大于下落過程中會克服阻力做功【詳解】（1）[1]本實驗驗證機械能守恒，即由此可知，需測量的物理量有釋放裝置下邊緣到光電門中心的高度差h，通過光電門的遮光時間t，而小球的質量不需要測量。故選AB。（2）[2]若小球下落過程機械能守恒,則即（3）[3][4]由于小球下落過程中受到阻力作用，小球需要克服阻力做功，所以使得實際測量數(shù)據(jù)總是小球重力勢能的減小量大于動能的增加量；（4）[5]若考慮空氣阻力影響，根據(jù)動能定理可得整理可得所以16．用如圖（a）所示的實驗裝置驗證、組成的系統(tǒng)機械能守恒。從高處由靜止開始下落，上拖著的紙帶利用電火花打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律。如圖（b）給出的是實驗中獲取的一條紙帶中的某一段，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點（圖中未標出），電源的頻率為50Hz，相鄰計數(shù)點間的距離如圖（b）所示。已知、，要求所有計算結果保留三位有效數(shù)字（重力加速度g?。?/p>

（1）下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：A．按照圖示的裝置安裝器件；B．將打點計時器接到6V直流電源上；C．先釋放，再接通電源打出一條紙帶；D．測量紙帶上某些點間的距離；E．根據(jù)測量的結果，分別計算系統(tǒng)減少的重力勢能和增加的動能。其中操作不當?shù)牟襟E是_________（填選項對應的字母）。（2）在打下計數(shù)點1~5的過程中，系統(tǒng)重力勢能的減少量_________J，系統(tǒng)動能的增量_________J。由此得出的結論：在誤差允許的范圍內，系統(tǒng)重力勢能的減少量等于系統(tǒng)動能的增加量，從而驗證機械能守恒定律。（3）某同學測量出了各計數(shù)點到計數(shù)點0的距離，算出了各計數(shù)點對應的速度，然后以為橫軸、以為縱軸作出了如圖c所示的圖線，圖線的斜率近似等于_________。

A．4.90

B．3.27

C．2.45

D．1.96【答案】BC0.1720.169D【詳解】（1）[1]打點計時器要接到交流電源上。實驗時要先接通電源，再釋放，拉動打出一條紙帶；如果先釋放，再接通電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集，會導致實驗產(chǎn)生較大的誤差。故操作不當?shù)牟襟E是BC。（2）[2]在打下計數(shù)點1~5的過程中，系統(tǒng)重力勢能的減少量[3]系統(tǒng)動能的增量其中。（3）[4]根據(jù)機械能守恒可得整理得所以圖像的斜率故選D。17．如圖甲所示為探究系統(tǒng)機械能守恒的實驗裝置，其中滑塊和遮光條的總質量為M，鉤碼的質量為m，遮光條的寬度為d。

（1）實驗開始前，先調節(jié)氣墊導軌水平，驗證氣墊導軌是否水平的依據(jù)是打開氣源_________（填“前”或“后”），將滑塊放置于氣墊導軌上，若滑塊能_________，說明氣墊導軌已調節(jié)水平，或者給滑塊一個初速度，滑塊通過光電門1和光電門2的時間_________。（2）將帶有遮光條的滑塊放置在氣墊導軌上的左端，用細線拴接滑塊將細線的另一端繞過氣墊導軌右端的定滑輪，懸掛質量為m的鉤碼，然后由靜止釋放滑塊。（3）某次實驗時光電門2記錄的時間是，則遮光條通過光電門2時滑塊的瞬時速度_________（用題目中給出的物理量的字母表示）。（4）讓滑塊多次從同一位置無初速度釋放，光電門1的位置始終不變，改變光電門2的位置，記錄遮光條每次經(jīng)過光電門2的時間和對應的光電門1和2之間的距離L，根據(jù)記錄的多組數(shù)據(jù)作出圖像如圖乙所示。已知圖像的斜率為k，截距為b，當?shù)氐闹亓铀俣葹間，則遮光條經(jīng)過光電門1時滑塊和遮光條的總動能為_________，只要滿足_________，就能驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒。（用題目中給出的物理量的字母表示）【答案】后保持靜止相同【詳解】（1）[1][2][3]打開氣源后，將滑塊放置于氣墊導軌上，若滑塊能保持靜止，說明氣墊導軌調節(jié)水平，或者給滑塊一個初速度，滑塊通過光電門1和光電門2的時間相同，也能說明氣墊導軌調節(jié)水平。（3）[4]由于遮光條很窄，通過光電門的時間很短，遮光條通過光電門2時滑塊的瞬時速度（4）[5]由圖乙可知，截距為滑塊通過光電門1時速度的平方，即則遮光條經(jīng)過光電門1時滑塊和遮光條的動能為[6]若系統(tǒng)機械能守恒，則滿足解得整理有18．學校舉行“利用生活中的物品進行物理實驗”活動，某實驗小組設計通過手機拍攝小球自由下落的視頻，得到分幀圖片來驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖所示。

實驗步驟如下：①將毫米刻度尺固定在豎直墻壁上，手機固定在手機支架上，調整好攝像頭的視野位置；②打開手機攝像功能，開始攝像；③用手捏住小球，使其下端位于刻度尺零刻度處，松手，小球自由下落；④停止拍攝，對視頻進行分幀處理，選取合適的分幀圖片，處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理時每隔0.08s取一張分幀圖片，選取連續(xù)獲取的三幀圖片，并從圖中刻度尺上讀出小球最下端對應刻度分別為：第一幀3.63cm、第二幀12.76cm、第三幀29.23cm；（1）小球在第二幀圖片所示位置時的速度v=______m/s（結果保留三位有效數(shù)字）；（2）設從0刻度到第二幀對應位置時下落高度為H，重力加速度為g，若要驗證機械能守恒，則v、H、g需滿足表達式______；（3）實驗組對數(shù)據(jù)進一步處理，根據(jù)得到的信息推測出小球重力勢能的減少量稍小于動能的增加量，出現(xiàn)這一結果的可能原因是______。A．存在空氣阻力B．實際釋放位置在0刻度上方C．刻度尺放置得有些傾斜【答案】1.60BC/CB【詳解】（1）[1]第二幀為第一幀與第三幀的中間時刻，速度代入數(shù)據(jù)計算得v=1.60m/s（2）[2]驗證機械能守恒即故滿足即可；（3）[3]A．存在空氣阻力會使得動能增加量小于重力勢能減少量，故A錯誤；B．實際釋放位置在0刻度上方，則高度H讀取偏小，可能出