高中人教版 (新课标)第七章 机械能守恒定律9.实验：验证机械能守恒定律精品课后测评

这是一份高中人教版 (新课标)第七章 机械能守恒定律9.实验：验证机械能守恒定律精品课后测评，共6页。试卷主要包含了51 cm、d2＝15，234 7－0等内容，欢迎下载使用。










1. 做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必须选取的器材是图中的( D )





A. a和c B. a和d C. b和c D. b和d


解析：实验中验证重锤重力势能的减小量和动能的增加量是否相等，所以需要重锤，为了减小阻力的影响，重锤选择质量大一些，体积小一些的，故需要b，不需要a.打点计时器可以直接记录时间，不需要秒表．实验中需要用刻度尺测量点迹间的距离，从而求解瞬时速度和下降的高度，选项D正确，ABC错误．


2. (多选)如图所示为验证机械能守恒定律的两个实验装置图，下列说法正确的是( AC )





A. 甲图好 B. 乙图好


C. 甲图第一点清晰 D. 乙图第一点清晰


解析：用甲图所示的装置实验较好．因为用夹子固定，可以避免乙图由于手的抖动而造成纸带上的第1个点迹被拖长和位置不确定的现象．另外由于用夹子固定纸带，便于纸带调整到竖直方向，以避免纸带与打点计时器(限位孔)之间产生较大的摩擦，而乙图中用手握住纸带，难于做到这一点，选项AC正确．


3. (多选)利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，有几个注意点，以下描述正确的是( AC )





A. 为减小摩擦阻力，需要调整打点计时器的限位孔，使它在同一竖直线上


B. 可以选用质量很大的重锤，先用手托住，等计时器通电后再释放重锤


C. 只有选第1、第2两打点间隔约2 mm的纸带才代表打第1点时的速度为零


D. 实验结果如果正确合理，得到的动能增加量应略大于重力势能的减小量


解析：选项B中重锤质量并不是越大越好，且不是用手托着重锤，而是用手提着纸带的上端，选项D中由于摩擦不可能完全消除，实验结果如果正确合理，得到的动能增加量应略小于重力势能的减小量，选项AC正确．


4. 利用图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.某小组同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案．其中正确的是( D )





A. 用刻度尺测出物体下落高度h，用打点间隔数测出下落时间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＝eq \r(2gh)计算出瞬时速度v


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＝eq \f(v2,2g)计算得出高度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


解析：物体由静止开始自由下落过程中受到空气阻力和纸带与打点计时器的摩擦阻力作用，不是自由落体运动，v＝gt，v＝eq \r(2gh)都是自由落体运动的公式，选项A、B错误；物体下落的高度是用刻度尺测量的，不是计算得出的，选项C错误；D项是验证机械能守恒定律的实验方案，选项D正确．


5. (多选)如图所示，“验证机械能守恒定律”实验中打出一条纸带，O为重物开始下落的起始位置，P为下落过程中的某一点．测得OP间距离为h、时间为t，P前后相邻两点间的距离为Δx，时间间隔为Δt.则计算P点瞬时速度v的表达式为( AD )





A. v＝eq \f(Δx,Δt) B. v＝eq \f(2Δx,Δt)


C. v＝eq \f(h,t) D. v＝eq \f(2h,t)


解析：用匀变速直线运动的推论，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即为：vP＝eq \f(Δx,Δt)，故A正确，B错误；同理，vOP＝eq \f(h,t)，而依据速度公式，则有：0＋vP＝2vOP，vP＝eq \f(2h,t)，故C错误，D正确．


6. 用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，已知打点计时器打点频率f＝50 Hz.





(1)实验中得到的一条纸带如图乙所示，第一个打点标记为O，选择点迹清晰且便于测量的连续5个点，标为A、B、C、D、E，测出A、C、E到O点的距离分别为d1＝9.51 cm、d2＝15.71 cm、d3＝23.47 cm.重物质量为0.5 kg，当地重力加速度g＝9.80 m/s2.现选取重物在OC段的运动进行数据处理，则OC段重力势能减少量为__0.77__J，动能增加量为__0.76__J(计算结果均保留两位有效数字)．


(2)如果测得纸带上第一个和第二个打点间的距离大约是6 mm，出现这种情况可能的原因是__C__．


A. 重锤的质量过大


B. 电源电压偏大


C. 先释放纸带后接通打点计时器电源


D. 打点计时器没有竖直固定


解析：(1)由题意可得物体由O到C的过程中，重物高度下降了d2＝15.71 cm，故重力势能的减小量：ΔEp＝mgΔh＝0.5×9.8×0.157 1 J≈0.77 J；


C点速度vC＝eq \f(d3－d1,4T)＝eq \f(0.234 7－0.095 1,0.08) m/s＝1.745 m/s；


动能增加量ΔEk＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,C)－0＝eq \f(1,2)×0.5×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1.745))2 J≈0.76 J.


(2)打点的同时纸带开始下落，则1、2两点间的距离接近2 mm，如果1、2两点间的距离为6 mm，这是由于先释放纸带后接通打点计时器电源造成的，故选C.


7. 某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．





频闪仪每隔0.05 s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表．(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留3位有效数字)





(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度为__3.48__m/s.


(2)从t2到t4时间内，重力势能增量ΔEp＝0.897 J，动能减少量ΔEk＝____0.906__J.


(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp__<__(填“<”“>”或“＝”)ΔEk，造成这种结果的主要原因是__存在空气阻力__．


解析： (1)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，所以有：


v5＝eq \f(h4＋h5,2T)＝eq \f(0.186 6＋0.161 4,2×0.05) m/s＝3.48 m/s；


(2) 设t2、t4时刻速度分别为v2、v4，则


v2＝eq \f(h1＋h2,2T)＝eq \f(0.261 8＋0.236 8,2×0.05) m/s≈4.99 m/s，


v4＝eq \f(h4＋h3,2T)＝eq \f(0.186 6＋0.211 6,2×0.05) m/s≈3.98 m/s，


动能减少量


ΔEk＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)mveq \\al(2,4)－\f(1,2)mveq \\al(2,2)))＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)×0.2×（3.982－4.992）)) J≈0.906 J；


(3)由以上数据可知，重力势能的增量小于动能的减小量，造成这种结果的主要原因是有空气阻力，一部分动能转化成其他形式的能.











8. 某物理小组的同学用如图所示的实验器材验证机械能守恒定律，实验器材有：直径为D的小钢珠、固定底座、带有标尺的竖直杆、光电门1和2组成的光电计时器(其中光电门1更靠近小钢珠释放点)，小钢珠释放器(可使小钢珠无初速度释放)．实验时可用两光电门测量小钢珠经过光电门1的时间t1和经过光电门2的时间t2，并从竖直杆上读出两光电门间的距离h，当地重力加速度为g.





(1)设小钢珠的质量为m，小钢珠从光电门1运动到光电门2的过程中动能的增加量ΔEk＝__eq \f(1,2)m(eq \f(D2,teq \\al(2,2))－eq \f(D2,teq \\al(2,1)))__；重力势能的减少量ΔEp＝__mgh__．


(2)实际操作中由于空气阻力的影响，会造成ΔEk__＜__(填“>”“<”或“＝”)ΔEp.


解析：(1) 小钢珠经过光电门1的速度为v1＝eq \f(D,t1)，小钢珠经过光电门2的速度为v2＝eq \f(D,t2)，小钢珠从光电门1运动到光电门2的过程中动能的增加量ΔEk＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,2)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)＝eq \f(1,2)m(eq \f(D2,teq \\al(2,2))－eq \f(D2,teq \\al(2,1)))，


小钢珠从光电门1运动到光电门2的过程中重力势能的减少量ΔEp＝mgh.


(2) 实际操作中由于空气阻力的影响，重力势能的减少量大于动能的增加量，则ΔEk＜ΔEp.


9. 如图所示，某同学想利用滑块在倾斜气垫导轨上的运动来验证机械能守恒定律．实验步骤如下：





①将长为L、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高H，在导轨上靠右侧P点处安装一个光电门


②用20分度的游标卡尺测量滑块上遮光条的宽度d


③接通气源及光电计时器，将滑块从导轨靠近左端某处自由释放．测得滑块通过光电门时遮光时间为Δt.


阅读上面的实验步骤回答下列问题：


(1)实验中已知当地重力加速度为g，除上述步骤中测量的物理量之外，还需测量的物理量是__C__．


A. 滑块的质量M


B. 气垫导轨的倾斜角度θ


C. 滑块释放处遮光条到光电门的距离x


D. 滑块从开始运动至到达光电门所用的时间t


(2)请用题中所给的物理量及第(1)问中所选的物理量写出本实验验证机械能守恒的表达式__2gxH＝eq \f(d2,Δt2)L__．


解析：物块经过P点时的速度v＝eq \f(d,Δt)①；


斜面的倾角为θ，且sinθ＝eq \f(H,L)②；


由机械能守恒定律：


Mgxsinθ＝eq \f(1,2)Mv2③；


故需要验证的表达式：


2gxH＝eq \f(d2,Δt2)L④；


故还需测量滑块释放处遮光条到光电门的距离x.


10. 用如图所示装置可验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量相等的物体A、B，物体B上放一金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物体B的正下方，金属片C与圆环间的高度差为h，将A、B、C组成的系统由静止释放．当物体B穿过圆环时，金属片C被搁置在圆环上，两个固定在铁架台P1、P2处的光电门，通过电子计时器可测出物体B通过P1、P2这段距离的时间．





(1)若测得P1、P2之间的距离为d，物体B通过这段距离的时间为t，则物体B刚穿过圆环后的速度v＝__eq \f(d,t)__．


(2)若物体A、B的质量均用M表示，金属片C的质量用m表示，重力加速度为g，该实验中验证了等式__mgh＝eq \f(1,2)(2M＋m)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,t)))2__成立，即可验证机械能守恒定律．


(3)本实验中的测量仪器除刻度尺、光电门、电子计时器外，还需要__天平__．


解析：(1)由于A、B两物体的质量相等，当物体B通过圆环，金属片C被搁置在圆环上后，A、B系统做匀速直线运动，故物体B刚穿过圆环后的速度v＝eq \f(d,t).


(2)A、B、C系统由初态至金属片C被搁置在圆环上的过程中，系统减少的重力势能为ΔEp＝mgh，系统增加的动能ΔEk＝eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2M＋m))v2＝eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2M＋m))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,t)))2.若mgh＝eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2M＋m))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,t)))2，则可验证机械能守恒定律．


(3)从表达式可得：本实验中的测量仪器除刻度尺、光电门、电子计时器外，还需要天平来测量物体及金属片的质量．


时刻
t2
t3
t4
速度(m/s)
4.99
4.48
3.98
(速度)2(m2/s2)
24.90
20.07
15.84