为验证系统机械能守恒定律，实验小组使用图所示的实验装置进行实验。连接小车与托盘的绳子与桌面平行，遮光片与小车位于气垫导轨上，气垫导轨没有画出（视为无摩擦力），重力加速度为g。接通电源，释放托盘与砝码，并测得a．遮光片长度db．遮光片到光电门长度Lc．遮光片通过光电门时间d．托盘与砝码质量，小车与遮光片质量

1. 为验证系统机械能守恒定律，实验小组使用图所示的实验装置进行实验。连接小车与托盘的绳子与桌面平行，遮光片与小车位于气垫导轨上，气垫导轨没有画出（视为无摩擦力），重力加速度为g。接通电源，释放托盘与砝码，并测得

a．遮光片长度d

b．遮光片到光电门长度L

c．遮光片通过光电门时间 $\text{[math]}$

d．托盘与砝码质量 $\text{[math]}$ ，小车与遮光片质量 $\text{[math]}$

(1) 小车通过光电门时的速度为；

(2) 从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统重力势能减少量为，动能增加量为；

(3) 改变L，做多组实验，作出以L为横坐标，以 $\text{[math]}$ 为纵坐标的图像。若机械能守恒定律成立，则图像斜率为。（用题中的物理量符号表示）

【考点】

验证机械能守恒定律;

【答案】

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实验探究题普通

1. phyphox app是一款用途广泛的传感器手机软件。某同学使用手机下载phyphox app后设计了一套实验装置用来验证机械能守恒定律。实验过程如下：

（1）一钢尺伸出水平桌面少许，将质量为 $\text{[math]}$ 的小钢球放在钢尺末端；

（2）用刻度尺测量钢尺上表面与水平地板间的高度 $\text{[math]}$ ；

（3）打开手机中的声音“振幅”（声音传感器）app；

（4）迅速敲击钢尺侧面，让小钢球自由下落。手机中的传感器记录下声音振幅随时间变的曲线，如图所示，第一、第二个尖峰的横坐标分别对应小钢球离开钢尺时刻和落地时刻。测得这两个尖峰的时间间隔为 $\text{[math]}$ 。

（5）当地重力加速度g取 $\text{[math]}$ ，则下落过程中，重力势能减小量 $\text{[math]}$ J，动能增加量 $\text{[math]}$ J（结果均保留3位有效数字），据此可以得到实验结论：。

实验探究题普通

2. 阿特伍德机是著名的力学实验装置。如图甲所示，绕过定滑轮的细线上悬挂质量均为M的重球A和B，在B下面再挂质量为m的重物C，由静止开始释放，验证机械能守恒（重力加速度为g）。

(1) 如图乙所示，实验中使用直尺与三角板测得重球A的直径d=mm。

(2) 某次实验中测得重球A经过光电门的时间为t，则重球A上升h时的瞬时速度为；系统重力势能减少量 $\text{[math]}$ =。（用m、M、h、d、t、g表示）

(3) 若满足关系（用m、M、h、d、t、g表示），即可验证机械能守恒定律。

实验探究题普通

3. 某实验小组利用气垫导轨来验证机械能守恒定律，其实验装置如图所示。某同学按照实验要求安装好实验装置，并调节气垫导轨水平，把光电门固定在气垫导轨右侧某位置，砝码盘通过细线跨过定滑轮与滑块连接，调节定滑轮使细线与气垫导轨平行，在滑块上方固定遮光条，测得遮光条的宽度为 $\text{[math]}$ ，每次让滑块从同一位置由静止释放，测得滑块位于该位置时，遮光条与光电门间的距离为 $\text{[math]}$ 。

(1) 下列不必要的实验要求是________（填正确选项符号）； A. 连接气源给气垫导轨通气 B. 使遮光条与光电门的距离尽量远些 C. 使滑块质量远大于砝码盘和砝码的总质量

(2) 若某次实验时测得：滑块质量 $\text{[math]}$ ，砝码盘和砝码的总质量 $\text{[math]}$ ，遮光条经过光电门的遮光时间为 $\text{[math]}$ ，重力加速度 $\text{[math]}$ ，则重力势能的减少量 $\text{[math]}$ J，动能的增加量 $\text{[math]}$ J（计算结果均保留三位有效数字）。根据以上计算结果，重力势能的减少量小于动能的增加量，则产生实验误差的原因可能有；

A.遮光条宽度d测量偏大 B.距离l测量值大于真实值

C.空气阻力的影响 D.细线与气垫导轨不平行

(3) 若滑块质量M未知，某同学多次改变砝码盘与砝码总质量m，得到对应的遮光时间 $\text{[math]}$ ，则作出（选填“ $\text{[math]}$ ”、“ $\text{[math]}$ ”“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）图像为一条直线，若该图线斜率为k，纵截距为b，则滑块的质量可表示为（用字母k和b表示）。

实验探究题普通