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题目

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某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验的简易示意图如图，当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。所用的西瓯XDS-007光电门传感器可测的最短时间为0.01ms。将挡光效果好、宽度为d＝3.8×10^-3m的黑色磁带贴在透明直尺上，从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门。某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间△t_i与图中所示的高度差△h_i，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示。（取g＝9.8m/s²，注：表格中M为直尺质量）

（1）从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用________________求出的，请你简要分析该同学这样做的理由是：________________________________；
（2）请将表格中数据填写完整；
（3）通过实验得出的结论是：________________________________；
（4）根据该实验请你判断下列k-△h图象中正确的是[ ]

答案

（1）

，瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度
（2）3.80，2.32M，2.35M
（3）在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量
（4）C

核心考点

试题【某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验的简易示意图如图，当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。所用的西瓯XDS-】；主要考察你对机械能守恒定律等知识点的理解。[详细]

举一反三

“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图所示的（甲）或（乙）方案来进行。

（1）比较这两种方案，____________（填“甲”或“乙”）方案好些，主要理由是____________。
（2）某小组的同学选用图甲的方案实验，进行了如下操作，其中错误的是____________。
A．将打点计时器竖直固定在铁架台上
B．将长约0.5m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方
C．先松开纸带，再接通电源，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打下一系列的点
D．换几条纸带，重复上面实验
E．在打出的纸带中挑选第一、第二两点间距接近2mm，且点迹清楚的纸带进行测量，先记下O点（第一个点）的位置，再从后面较清晰的任意点开始依次再取四个计数点A、B、C、D，求出相应位置对应的速度及其下落的高度
F．将测量数据及计算结果填入自己设计的表格中
G．根据以上测得数据计算重力势能的减少量和对应的动能的增加量，验证机械能守恒定律
（3）选出一条纸带如图所示，其中O点为起点，A、B、C为三个计数点，打点计时器打点周期为0.02s，用最小刻度为mm的刻度尺，测得OA=11.13cm，OB=17.69cm，OC=25.9cm。这三个数字中不符合有效数字要求的是____________，重锤的质量为m=0.2kg，根据以上数据，求当打点针打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了____________J；这时它的动能增加量是____________J。（g取10m/s²，结果保留三位有效数字）

（4）实验中往往出现重锤动能的增加量小于重力势能的减少量的情况，其主要原因是________________________。

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在《验证机械能守恒定律》实验中，除铁架台、铁夹、学生电源、纸带和重物外，还需选用下述仪器中的哪几种[ ]
A．秒表
B．刻度尺
C．天平
D．打点计时器

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利用如图所示的装置可以探究系统机械能守恒，在滑块B上安装宽度为L（较小）的遮光板（遮光板质量忽略不计），把滑块B放在水平放置的气垫导轨上，通过跨过定滑轮的绳与钩码A相连，连接好光电门与数字毫秒计，两光电门间距离用S表示。数字毫秒计能够记录滑块先后通过两个光电门的时间

、

，当地的重力加速度为g。请分析回答下列问题：

（1）为完成验证机械能守恒的实验，除了上面提到的相关物理量之外，还需要测量的量有_____________（均用字母符号表示，并写清每个符号表示的物理意义）；
（2）滑块先后通过两个光电门时的瞬时速度

=_____________、

=_____________（用题中已给或所测的物理量符号来表示）；
（3）在本实验中，验证机械能守恒的表达式为：_____________（用题中已给或所测的物理量符号来表示）。

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利用重锤下落验证机械能守恒定律。
（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：铁架台（也可利用桌边），打点计时器以及复写纸、纸带，低压直流电源，天平，秒表，毫米刻度尺，导线，电键。其中不必要的器材是______________；缺少的器材是______________。
（2）在验证机械能守恒定律的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地重力加速度g=9.80 m/s²，测出所用重物的质量m=1.00 kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm，根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量为______________J，动能的增加量为______________J（取3位有效数字）。

（3）实验中产生系统误差的原因主要是____________________________。为了减小误差，悬挂在纸带下的重物的质量应选择______________。

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在验证机械能守恒定律的实验中，某个小组的三位同学按照正确的操作选得纸带如图。其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点。该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g = 9.80 m/s²，打点计时器所用电源频率为f = 50 Hz，设重锤质量为1.00 kg。

（1）甲同学发现，图中的B是除起始点外打点计时器打下的第n个点。因此他用v_B= ngT（T是打点计时器的打点周期）计算B点对应时刻物体的速度，这样得到的结果是重力势能的减少量_______动能的增加量（填“大于”、“小于”或“等于”）。
（2）乙同学认为，可以利用O点到B点的距离h_B计算B点对应时刻物体的速度v_B=

，这样得到的结果是重力势能的减少量_______动能的增加量（填“大于”、“小于”或“等于”）。
（3）丙同学用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，若h_A = 9.51 cm，h_B= 12.42 cm，h_C = 15.70 cm，则丙同学算得该段重锤重力势能的减少量为_______J（计算结果保留三位有效数字，下同），而动能的增加量为________J，这样得到的结果是使重力势能的减少量_______动能的增加量（填“大于”、“小于”或“等于”）。

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