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vx图象的斜率k=kM。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x0，重力加速度用g表示，则：(1)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Ek=_，系统的重力势能减少量可表示为Ep=_，在误差允许的范围内，若Ek=Ep则可认为系统的机械能守恒。(用题中字母表示)(2)在实验中，该同学测得M=m=1kg，弹簧的劲度系数k=100N/m，并改变A、B间的距离L，作出的x2L图象如图丙所示，则重力加速度g=_m/s2。2. 某实验小组进行“验证机械能守恒定律”的实验(1)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50Hz，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1.00kg，当地的重力加速度为g=9.8m/s2，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Ep=_J，重锤动能的增加量为Ek=_J，从以上数据可以得到的结论是_.(结果保留3位有效数字)(2)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12v2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_k(选填“大于”、“等于”或“小于”) (3)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t1、t2，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EkEk0)，设计了如图所示的装置进行如下的实验操作：.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；.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；.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：.用天平测量a、b两小球的质量分别为ma、mb，用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的距离分别为y1、y2和y3(1)本实验中所选用的两小球质量关系为ma_mb(填“”、“m2;r1r2B.m1m2;r1m2;r1=r2D.m1m2;r1=r2(2)小球1与小球2的质量之比m1m2=_。(3)若两小球均看作质点，以两球为系统，碰前系统初动能Ek0=_，碰后系统末动能Ek=_，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。(Ek0、Ek用题目中字母H、m2、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 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.4V6V交流电源 I.220V的交流电源(1)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_。(2)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06)，分别测出0到1、2、3、4、5、6点的距离为d1、d2、d3、d4、d5、d6，打点周期为T。则打点2时小车的速度v2=_；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v1、v5，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e0”是反映枪支威力的一个参数，已知e0=E0S式中E0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e0，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g)。(1)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d=_mm。(2)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)(3)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；此时用刻度尺测量出摆长L；扣动弹簧枪扳机，打出子弹，记录下摆块的最大摆角；多次重复实验，计算出摆块最大摆角的平均；处理实验数据，得出实验结论。(4)子弹的发射速度为v0=_，弹簧枪的比动能为e0=_。(用已知量和测量量的字母表示)(5)由于存在系统误差，使得测量值_(选填“大于”“小于”或“等于”)理论值。11. 某实验小组利用如图甲所示装置测定当地重力加速度的数值实验开始时，小钢球被电磁铁吸引静止不动，光电门位于钢球的下方，二者的中心处在同一竖直线上将此时钢球球心位置记为A