高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律5 实验：验证机械能守恒定律精品习题

8.5实验：验证机械能守恒定律同步练习-高中物理人教版（新课标）必修二

一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）

1. 在利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中，产生误差的主要原因是

A. 重物下落的实际高度大于测量值
B. 重物下落的实际高度小于测量值
C. 重物实际末速度v大于为重力加速度，t为下落时间
D. 重物实际末速度v小于gt

2. 在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重物减少的重力势能总是略大于重物增加的动能，造成这种现象的原因是

A. 选用的重物质量过大
B. 选用的重物质量过小
C. 空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力
D. 实验时操作不规范，实验数据测量不准确

3. “验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是

A. 重物的质量过大
B. 重物的体积过小
C. 电源的电压偏低
D. 重物及纸带在下落时受到阻力
 

4. “验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物减小的重力势能略大于增加的动能，其主要原因是

A. 未测量重物的质量
B. 先接通电源，后释放纸带
C. 使用的重物质量大，体积小
D. 重物和纸带在下落时受到阻力
 

5. 在用图示装置做“验证机械能守恒定律”的实验中，初始释放纸带时

A. 夹子应在靠近打点计时器处
B. 夹子应在远离打点计时器处
C. 打点计时器应在夹子与手的中间位置
D. 手应在挨近打点计时器处
 

6. 小明用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验．关于该实验，下列说法中正确的是

A. 重锤的质量一定是越大越好
B. 必须用秒表测出重锤下落的时间
C. 把秒表测得的时间代入，计算重锤的速度
D. 释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直

 

7. 小黄用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实脸。关于该实验，下列说法正确的是

A. 重锤的质量一定是越大越好
B. 必须用秒表测出重锤下落的时间
C. 把秒表测得的时间代入，计算重锤的速度
D. 释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直
 

8. 在验证机械能守恒定律的实验中，以下操作顺序正确的是

A. 先接通打点计时器的电源开关，后释放纸带
B. 先释放纸带，后接通打点计时器的电源开关
C. 释放纸带的同时接通打点计器的电源开关
D. 先接通打点计时器的电源开关或先释放纸带均可

9. 如图，在用电磁打点计时器“验证机械能守恒定律”实验中打点计时器应接______电源。

A. 交流
B. 直流
 

10. 根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图象应是图中的______

A.  B.
C.  D.

二、填空题（本大题共5小题，共20.0分）

11. 如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。回答下列问题：
    下面列举了该实验的几个操作步骤：
    A.在实验桌上安装器材。
    B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上。
    C.用天平测出重锤的质量。
    D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带，再更换纸带重复多次。
    E.选择一条合适的纸带，测量纸带上某些点间的距离。
    F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。
    其中操作不当的步骤是______，非必需的步骤是______。
    如果以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图象，该图象是______。
12. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，重锤牵引一条纸带自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列清晰的点，如图所示，记下第一个点的位置O，并在纸带上连续取3个相邻的点，按时间顺序依次标为A、B、C，量出A、B间的距离为，B、C间的距离为，O、B间的距离为l，相邻两点间的时间间隔均为T，重力加速度为如果重锤下落过程中机械能守恒，那么，本实验的这些测量数据要满足的关系式应为______．

13. 在“用DIS研究机械能守恒定律”的实验中，
    请按正确的实验顺序填写下列步骤：______．
    开启电源，运行DIS应用软件，点击实验条目中的“研究机械能守恒定律”软件界面
    卸下“定位挡片”和“小标尺盘”，安装光电门传感器并接入数据采集器
    摆锤置于A点，点击“开始记录”，同时释放摆锤，摆锤通过D点的速度将自动记录在表格的对应处
    把光电门传感器放在大标尺盘最底端的D点，并以此作为零势能点．A、B、C点相对于D点的高度已事先输入，作为计算机的默认值
    点击“数据计算”，计算D点的势能、动能和机械能
    依次将光电门传感器放在标尺盘的C、B点，重复实验，得到相应的数据
    多选题除了以上实验步骤，该实验还需要测量的物理量有______
    A.摆线的长度    摆锤的直径    摆锤的质量    摆锤下落的时间．
14. 在“验证机械能守恒定律”的实验中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，我们可以通过该实验装置测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度为g，还需要测量的物理量是______写出名称和符号，重锤在下落过程中受到的平均阻力的大小______．
15. 如图所示，在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用的交流电的频率为50Hz，查得当地的重力加速度，测得所用的重物的质量为，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示．把第一个点记做O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．经测得知道A、B、C、D各点到O点的距离为、、、根据以上数据可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于______ J；C点的速度为______ ；动能的增加量为______ J；取三位有效数字．
     

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

16. 如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置。关于这一实验，下列说法中正确的是
    

A.打点计时器应接直流电源

B.应先释放纸带，后接通电源打点

C.需使用秒表测出重物下落的时间

D.测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度
在用电火花计时器或电磁打点计时器研究匀变速直线运动的实验中，某同学打出了一条纸带。已知计时器打点的时间间隔为，他按打点先后顺序每5个点取1个计数点，得到了O、A、B、C、D等几个计数点，如图所示，则相邻两个计数点之间的时间间隔为           s。用刻度尺量得、、、。由此可知，纸带做           运动选填“匀加速”或“匀减速”，打C点时纸带的速度大小为           。

17. 某同学利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。

除了图甲中所示的仪器外，还需要的测量仪器是________。

实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为、、。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中。重物的重力势能减少量________，动能增加量________。

四、计算题（本大题共2小题，共20.0分）

18. 某同学用图示装置验证机械能守恒定律．先将气垫导轨倾斜放置，用刻度尺分别测出固定在导轨上的两个光电门a、b中心之间的距离L、导轨两端的水平距离s、两端的高度差h；接着利用游标卡尺测出滑块上遮光条的宽度d．
    接通电源形成气垫后使滑块由静止开始沿导轨下滑，若此过程中导轨可看作光滑斜面，则滑块在导轨上的运动为______ 选填“匀速直线”、“匀加速直线”或“变加速直线”运动．
    再利用与a、b连接的光电计时器，测出滑块通过a、b的时间分别为、已知滑块质量为m，且认为滑块经过a、b位置的速度大小分别为、，当地重力加速度值为则滑块从a至b运动的过程中，重力势能的减少量为 ______ ，动能的增加量为 ______ 结果用L、s、h、d、、、m、g表示

19. 某同学用如图1所示的装置测重物自由下落的速度．重物从高处由静止开始下落，打点计时器打出一条纸带，A、B和C是纸带上相邻的三个点，如图2所示．测出间的距离为，B、C间的距离为已知打点计时器打下相邻两点的时间间隔为T
    
    打点计时器打下B点时，重物下落的速度大小；
    重物下落的加速度g；
    从重物开始下落到B点的时间．
    
    
    
    
    
    
    
    

答案和解析

1.【答案】D
 

【解析】略
 

2.【答案】C
 

【解析】C【解析】造成题中所述误差的主要原因是来自于各方面的阻力。故选 C。
 

3.【答案】D
 

【解析】【试题解析】

解：A、重物的质量过大，重物和纸带受到的阻力相对较小，所以有利于减小误差，故A错误。
B、重物的体积过小，有利于较小阻力，所以有利于减小误差，故B错误。
C、电源的电压偏低，电磁铁产生的吸力就会减小，吸力不够，打出的点也就不清晰了，与误差的产生没有关系，故C错误。
D、重物及纸带在下落时受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能，所以重物增加的动能略小于减少的重力势能，故D正确。
故选：D。
书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．
重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能．
对于实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，我们应该从功能角度研究．

4.【答案】D
 

【解析】

【分析】
重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化为动能还有一部分转化为摩擦产生的内能。
【解答】
在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是略大于重锤动能的增加，其主要原因是纸带要受到打点计时器的摩擦，重物受到空气阻力。故D正确，ABC错误。
故选D。  

5.【答案】A
 

【解析】

【分析】
本题考查了实验误差的来源。对于基础实验要从实验原理出发去理解，要亲自动手实验，深刻体会实验的具体操作，不能单凭记忆去理解实验。
【解答】
夹子应在靠近打点计时器处，打的点多，故A正确，BC错误；
D.手应在远离打点计时器处，故 D错误。
故选A。  

6.【答案】D
 

【解析】

【分析】
本题考查“验证机械能守恒定律”实验，难度不大，解决本题的关键知道实验的原理以及操作中的注意事项，注意求解瞬时速度的方法，不能根据、求解，如果用该方法求解，已经默认加速度为g，认为机械能已守恒，失去验证意义。
为了减小阻力的影响，重锤选择质量大一些、体积小一些的，不是质量越大越好；打点计时器可以测量重锤下落的时间，不需要用秒表测量；实验中通过纸带上某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解速度，不能根据求解速度，否则是用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，失去验证的意义；释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直，从而减小纸带与限位孔之间的摩擦。
【解答】
A.为了减小阻力的影响，重锤选择质量大一些、体积小一些的，不是质量越大越好，故A错误；
B.打点计时器可以测量重锤下落的时间，不需要用秒表测量，故B错误；
C.实验中通过纸带上某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解速度，不能根据求解速度，否则是用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，失去验证的意义，故C错误；
D.释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直，从而减小纸带与限位孔之间的摩擦，故D正确。
故选D。  

7.【答案】D
 

【解析】解：A、为了减小阻力的影响，重锤选择质量大一些、体积小一些的，不是质量越大越好。故A错误。
B、打点计时器可以测量重锤下落的时间，不需要用秒表测量。故B错误。
C、该实验是验证机械能守恒定律的实验。因为我们知道自由落体运动只受重力，机械能就守恒。如果把重物看成自由落体运动，再运用自由落体的规律求解速度，那么就不需要验证了，故C错误。
D、释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直，从而减小纸带与限位孔之间的摩擦。故D正确。
故选：D。
理解该实验的实验原理，需要测量的数据等；明确打点计时器的使用；理解实验中的注意事项以及如何进行数据处理；对于任何实验注意从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚。
对于基础实验要从实验原理出发去理解，要亲自动手实验，深刻体会实验的具体操作，不能单凭记忆去理解实验。在实验中注意体会实验的误差来源，并能找到合适的方向去减小误差。
 

8.【答案】A
 

【解析】

【分析】
解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项。 
该题主要考查了验证机械能守恒定律的实验的操作，基础题。
【解答】
实验时，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差。所以要先接通打点计时器的电源开关，后释放纸带，故A正确； 
故选A。  

9.【答案】A
 

【解析】

【分析】
验证机械能守恒实验一般是采用自由落体的方式得出实验纸带，因为打点计时器采用的是交流电源，因此在实验中必须选择交流电源。
本题主要考查验证机械能守恒实验中器材的选取规范，充分掌握实验的原理是解答本题的关键。
【解答】
验证机械能守恒实验一般是采用自由落体的方式得出实验纸带，因为打点计时器采用的是交流电源，因此在实验中必须选择交流电源，故A正确，故B错误。
故选A。  

10.【答案】C
 

【解析】

【分析】
机械能守恒的内容是只有动能和势能的相互转化，这个时候机械能守恒，通过列出动能的表达式与势能的表达式进而判断相关的函数表达式关系。
本题考查机械能守恒定律的验证原理，要充分掌握公式的内容。
【解答】
验证机械能守恒定律即，化简得，故以为纵轴，以h为横轴应为过原点的直线，故ABD错误，故C正确。
故选C。  

11.【答案】B  C  过原点的倾斜直线
 

【解析】解：打点计时器使用交流电源，不能使用直流电源。故步骤B错误；
该实验是验证机械能守恒定律的实验。因为我们知道自由落体运动只受重力，只有重力做功，机械能就守恒，则物体增加的动能等于减小的重力势能，即：。
等号的两侧都有质量m，可以约掉，所以不需要测量物体的质量，所以步骤C是非必需的。
利用图线处理数据，物体自由下落过程中机械能守恒，，即
所以以为纵轴，以h为横轴画出的图线应是过原点的倾斜直线。那么图线的斜率就等于重力加速度2g。
故答案为：，C；过原点的倾斜直线
该实验是验证机械能守恒定律的实验。因为我们知道自由落体运动只受重力，机械能就守恒。如果把重物的实际运动看成自由落体运动，再运用自由落体的规律求解速度，那么就不需要验证。
对于物理量线性关系图象的应用我们要从两方面：1、从物理角度找出两变量之间的关系式2、从数学角度找出图象的截距和斜率，两方面结合解决问题。
解决本题的关键知道实验的原理，通过原理确定所需测量的物理量，以及知道实验中的注意事项，在平时的学习中，需加以总结。
 

12.【答案】
 

【解析】解：重锤经过B点时的速度：，
如果机械能守恒，则重锤重力势能的减小量等于重锤动能的增加量，
则：，即：；
故答案为：．
由匀变速运动的推论求出重锤的速度，然后根据据机械能守恒分析答题．
本题考查了验证机械能守恒定律，应用匀变速运动的推论求出重锤的速度是正确解题的关键，应用机械能守恒定律即可正确解题．
 

13.【答案】；BC
 

【解析】解：卸下“定位挡片”和“小标尺盘”，安装光电门传感器，用来采集数据；再开启电源，运行软件；确定零势能点，然后输入相应的高度；开始点击“开始记录”，同时释放摆锤；更换光电门位置，重复实验；最后点击“数据计算”，计算D点的势能、动能和机械能．
故答案为：；
根据实验原理可知，减小的重力势能转化为动能的增加．还需要测量摆锺的直径，及其质量m；故BC正确，AD错误；
故答案为：；．
摆锤摆动过程受到拉力和重力，拉力不做功，只有重力做功，在这个条件下得出结论：只有重力做功的情况下摆锤机械能守恒．实验前使标尺盘上的竖直线与摆线平行，能使得光电门的接收孔与测量点位于同一水平面内．
本题比较新颖，要注意结合实验的原理进行分析，从而找出符合该实验的原理．
 

14.【答案】相邻的两计数点距离、，相邻计数点时间间隔t，重锤质量 
 

【解析】解：还需要测量的物理量是：相邻的两计数点距离、，相邻计数点时间间隔t，重锤质量m．
根据运动学公式得：，

根据牛顿第二定律得：

解得：
故答案为：相邻的两计数点距离、，相邻计数点时间间隔t，重锤质量m；
重物下落过程中受重力和阻力，根据牛顿第二定律求出平均阻力大小．
了解实验的原理和方法．
能够通过受力分析和牛顿第二定律结合起来研究问题．
 

15.【答案】   
 

【解析】解：重物由O点运动到C点，重力势能的减小量．
C点的瞬时速度，则动能的增加量．
故答案为：，，．
根据下降的高度求出重力势能的减小量，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出C点的速度，从而得出动能的增加量．
解决本题的关键掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量．难度不大．
 

16.【答案】；
；匀加速；。
 

【解析】

【分析】
正确解答本题需要掌握：理解该实验的实验原理，需要测量的数据等，明确打点计时器的使用，理解实验中的注意事项以及如何进行数据处理；对于任何实验注意从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚。
对于基础实验要从实验原理出发去理解，要亲自动手实验，深刻体会实验的具体操作，不能单凭记忆去理解实验。
【解答】
A.打点计时器应接交流电源，故A错误；
B.开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故B错误；
C.可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故C错误；
D.测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度，故D正确。
故选D。
【分析】
要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用。
根据纸带上相邻点的距离间隔判断小车的运动情况，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上C点时小车的瞬时速度大小。
【解答】
他按打点先后顺序每5个点取1个计数点，所以相邻的计数点间的时间间隔；
纸带上相邻计数点的距离在增大，而且相邻计数点的距离之差不变，所以纸带做匀加速运动；
利用匀变速直线运动的推论得：．
故答案为： ；匀加速；。  

17.【答案】刻度尺

 ； 

【解析】

【分析】
根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的瞬时速度，从而得出动能的增加量；
重力势能减少量为，根据动能定理求出动能增加量。
解决本题的关键掌握实验的原理，会通过原理确定器材，以及掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度的大小。
【解答】
实验中还需要测量长度的刻度尺。

重力势能减少量为，由于下落过程中是匀变速直线运动，所以根据中间时刻规律可得B点的速度为，所以。
故答案为：

刻度尺

 ； 

18.【答案】匀加速直线；；
 

【解析】解：滑块由静止开始沿导轨下滑，对滑块受力分析，重力，支持力，由矢量的合成法则，可知，合力恒定，
根据牛顿第二定律，可判定滑块做匀加速直线运动，
滑块从a至b运动的过程中，重力势能的减少量为：
；
而动能的增加量为：

故答案为：匀加速直线；；．
根据牛顿第二定律，结合运动性质，即可判定；根据下降的高度求出重力势能的减小量，依据动能表达式，即可求出从a至b运动过程中动能的增加量，从而即可求解．
考查由力分析运动情况，掌握重力势能与动能的变化量的求解方法，注意下落的高度是解题的关键，同时理解几何关系中相似比．
 

19.【答案】解：打下B点时，重物下落的速度大小为：；
由匀变速直线运动的推论：可知重力加速度为：；
从重物开始下落到B点的时间为：；
答：打点计时器打下B点时，重物下落的速度大小为；
重物下落的加速度g为；
从重物开始下落到B点的时间为．
 

【解析】做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，据此求出打下B点的速度．
由匀变速直线运动的推论：求出重力加速度．
重物做初速度为零的匀加速直线运动，应用速度公式求出重物运动到B点的时间．
本题考查了求瞬时速度、加速度与物体的运动时间问题，分析清楚重物的运动过程是解题的前提，应用匀变速直线运动的推论与匀变速直线运动的速度公式可以解题．