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2012届高考一轮
物理复习（人教版）课时训练
第五章 机械能守恒定律
第5讲 实验六 验证机械能守恒定律
1．有4条用打点计时器(所用交流电频率为50 Hz)打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做
“验证机械能守恒定律”实验时打出的．为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清
晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为x1、x2、x3.请你根据下列x1、
x2、x3的测量结果确定该纸带为(已知当地的重力加速度为9.791 m/s2) ( )
A．61.0 mm 65.8 mm 70.7 mm
B．41.2 mm 45.1 mm 53.0 mm
C．49.6 mm 53.5 mm 57.3 mm
D．60.5 mm 61.0 mm 60.6 mm
解析：验证机械能守恒采用重锤的自由落体运动实现，所以相邻的0.02 s内的位移增加量
为Δx＝gT2＝9.791×0.022 m≈3.9 mm.
答案：C
2．(2010•安徽理综，21Ⅲ)利用图5－5－8所示装置进行验证机械能守
恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬
时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下
四种测量方案：
a．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt
计算出瞬时速度v.
b．用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v＝2gh计算出瞬时速度v. 图5－5－8
c．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速
度，测算出瞬时速度v，并通过h＝v22g计算出高度h.
d．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，
等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v.
以上方案中只有一种正确，正确的是________．(填入相应的字母)
解析：在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g，只能把它当做
未知的定值，所以正确方案只有d项．
答案：d
3.科技活动小组成员利用暑假进行社会实践活动时，发现可以利用古
代抛石机的模型来验证机械能守恒定律，其原理如图5－5－9所示．
图中O为转轴，A球固定于杆上且质量为mA，B球放在勺形槽内且
质量为mB.由静止释放轻杆后，可以逆时针转动，轻杆转到竖直位置 图5－5－9
时，B球被水平抛出．
(1)要验证机械能守恒定律，首先需要测量mA、mB及两球距O点的距离LA、LB，除此之
外还需要测量的
物理量有________．
A．A球从释放运动到最低点的时间t
B．O离地面的高度h
C．B球落地点与O的水平距离x
D．释放轻杆时A球的高度h0
(2)下列减小实验误差的措施中，可行的有________．
A．开始释放时，让轻杆水平
B．支架处地面与B球落地处地面要在同一水平面上
C．杆的硬度尽量高
D．在同一高度多次释放A球的前提下，取B球的平均落点，然后测量x
E．尽量减小转轴O处的摩擦力
F．尽量减小B球的质量
(3)在轻杆从水平状态无初速释放的前提下，结合上述测定的
物理量，可求系统重力势能
减少量为________，动能增加量为________，正常情况下会出现前者________(填“大
于”或“小于”)后者．
解析：(1)验证实验中A、B两球系统的机械能守恒，应先找出A、B两球初、末状态对
应的机械能，与轻杆转动时间无关，所以B、C、D三项正确．
(2)A项满足h0＝h，便于计算两球初、末状态对应的机械能；B项可以保证测量操作容
易控制，且便于计算重力势能的变化量；C项避免弹性势能的参与；D项是多次测量求
平均值；E项减少摩擦力能减少机械能向内能的转化，F项中B球应当尽量选用密度大
的，以减小空气阻力，而与质量无关．所以A、B、C、D、E项均正确．
(3)轻杆从水平状态无初速释放，达到最低点过程中，A球重力做正功，B球重力做负功，
且B球脱离勺形槽后做平抛运动，所以系统势能的减少量为(mALA－mBLB)g，动能的增加
量为12mAv2A＋12mBv2B，vB＝x2h＋LBg，vA＝vBLBLA，联立解得动能的增加量为x2g4h＋LB
mAL2AL2B＋mB，因为有阻力，所以重力势能减小量一般大于动能增加量．
答案：(1)BCD (2)ABCDE (3)(mALA－mBLB)g
x2g4h＋LBmAL2AL2B＋mB 大于
4．(2011•广州模拟)“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图5－5－10所示的甲或乙方
案来进行．
(1)比较这两种方案，________(选填“甲”或“乙”)方案好些，理由是_________________
___________________________________________________________________________．
自由落体实验 斜面小车实验
验证机械能守恒定律 验证机械能守恒定律
图5－5－10
(2)如图5－5－11是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图中所示，
已知每两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s．物体运动的加速度a＝________；该纸带是
采用________(选填“甲”或“乙”)实验方案得到的，简要写出判断依据_____________
__________________________________________________________________________.
图5－5－11
(3)如图5－5－12是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中N点速度时，几位同学
分别用下列不同的方法进行，其中正确的是 ( )
图5－5－12
A．vN＝gnT B．vN＝xn＋xn＋12T
C．vN＝dn＋1－dn－12T D．vN＝g(n－1)T
答案：(1)甲 该方案摩擦阻力小，误差小，操作方便
(2)4.83 m/s2 乙 因为物体的加速度比g小得多 (3)BC
5．(1)关于验证机械能守恒定律实验，下面列出一些实验步骤：
A．用天平称出重物和夹子的质量
B．将重物系在夹子上
C．将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系有重物的夹子上，再把纸带向
上拉，让夹子静止靠近打点计时器处
D．把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V(电源暂不接通)
E．把打点计时器用铁夹固定在放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上
F．在纸带上选取几个点，进行测量并记录数据
G．用秒表测出重物下落时间
H．接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带
I．切断电源
J．更换纸带，重新进行两次实验
K．在三条纸带中，选出较好的一条
L．进行计算，得出结论，完成实验报告
M．拆下导线，整理器材
对于本实验以上步骤中，不必要的有________；正确步骤的合理顺序是________(填写代
表字母)．
(2)某同学利用如图5－5－13所示的装置探究弹簧的弹性势能与弹簧形变量的关系．在
水平桌面上贴有标尺，左端有一固定挡板，弹簧水平放置在桌面上，左端固定在挡板上，
用一物块从弹簧的原长处挤压弹簧，然后释放物块．通过测量不同情况下弹簧的压缩量
x和相应的物块从开始运动到停止的位移L，就可以寻找到弹簧的弹性势能与形变量间的
关系．
图5－5－13
①假设物块与桌面间的动摩擦因数为μ，物块的质量为m，写出弹簧弹性势能与上述有
关
物理量的表达式Ep＝________.
②实验中是否需要测量物块的质量和物块与桌面间的动摩擦因数________(填“是”或
“否”)？以L为纵坐标，以x2为横坐标，作出L－x2关系的图线，若图线是一条过原点
的直线，你得到的实验结论是________．
解析：(1)根据实验原理和操作步骤可知不必要的有A、G；正确步骤的合理顺序是E、
D、B、C、H、I、J、K、F、L、M.
答案：(1)A、G EDBCHIJKFLM (2)①Ep＝μmgL ②否 弹簧的弹性势能与形变量的
二次方成正比
6．光电计时器结构如图5－5－14所示，当有物体从M、N间通过时，光电计时器就可以
显示物体的挡光时间，若知道物体的长度，就可知道物体通过光电门的速度．如图5－
5－15，E、F为上下两个光电门，现要利用此装置探究机械能守恒定律．
图5－5－14 图5－5－15 图5－5－16
(1)如图5－5－16所示，游标卡尺测量的物块A厚度为________ cm.
(2)让物块A从某一位置下落，通过测量并计算得出它通过光电门E和F的速度分别为
v1和v2，已知当地重力加速度为g，若要探究物块在E、F之间运动过程的机械能是否
守恒，还需测量的
物理量为________________．若________和________在误差允许的范
围内相等，则可说明物块的机械能守恒．(用
物理量的字母符号表示)
答案：(1)1.21 (2)E、F之间的距离L
12m(v22－v21) mgL(没有质量m也可)
7．(2010•海南卷，14)利用气垫导轨验证机械能守恒定律．实验装置示意图如图5－5－17所
示：
图5－5－17
(1)实验步骤：
图5－5－18
①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平．
②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图5－5－18所示，由此读出l＝________mm.
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x＝_________cm.
④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光
条已通过光电门2.
⑤从数字计时器(图5－5－17中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用
的时间Δt1和Δt2.
⑥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.
(2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式：
①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________.
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能
分别为Ek1＝________和Ek2＝________.
③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ΔEp＝________(重力加
速度为g)．
(3)如果ΔEp≈________，则可认为验证了机械能守恒定律．
答案：(1)②9.35 ③60.00(在59.96～60.04之间的即可)
(2)①lΔt1 lΔt2
②12(M＋m)lΔt12 12(M＋m)lΔt22
③mgx
(3)Ek2－Ek1
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