高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律综合与测试课后复习题

5.实验:验证机械能守恒定律

1.在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列实验操作顺序正确合理的是(　B　)

A.先将固定在重物上的纸带穿过打点计时器,再将打点计时器固定在铁架台上

B.先用手提着纸带,使重物静止在打点计时器下方,再接通电源

C.先放开纸带让重物下落,再接通打点计时器的电源

D.先取下固定在重物上的打好点的纸带,再切断打点计时器的电源

解析:应先将打点计时器固定在铁架台上,再将纸带穿过打点计时器,最后将纸带固定在重物上,故A错误;先用手提着纸带,使重物静止在打点计时器下方,再接通电源,然后释放重物,故B正确;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,故C错误;实验结束应立即切断电源以防仪器的损坏,然后再取下固定在重物上的打好点的纸带,故D错误。

2.如图所示为一小球做自由落体运动的频闪照片的一部分,频闪的频率为f,图中背景方格的边长均为L。

(1)根据题给条件可以求出当地的重力加速度大小为　　　　。 

(2)如果已知当地的重力加速度为g,根据题给条件可以验证机械能守恒定律,只要满足　　　　　条件,就能说明小球从A位置下落到B位置的过程中机械能守恒。 

解析:(1)根据频闪照片知,小球在连续相等的时间间隔内的位移差为L,由L=gT2,T=,得g=f2L。

(2)由题图知小球在A位置的速度vA==,小球在B位置的速度vB==,小球从A位置下落到B位置的过程中,重力势能的减少量为18mgL,动能的增加量为18mf2L2,如果机械能守恒,则重力势能的减少量等于动能的增加量,联立解得g=f2L。

答案:(1)f2L　(2)g=f2L

3.某探究性学习小组用如图(甲)所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验时,重物从高处由静止开始下落,重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点,图(乙)给出的是实验中获取的一条纸带,处理数据时,同学们舍弃了前面较密集的点,以O为起点,从A点开始选取计数点A、B、C,测出O到A、B、C的距离分别为h1、h2、h3。

(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列说法正确的是　　　。 

A.需称出重物的质量

B.手提纸带,使重物靠近打点计时器,接通电源后再释放纸带

C.可不考虑前面较密集的点,选取某个清晰的点作为起始点处理纸带,验证mgh=mv2是否成立

D.所挂重物选体积小,密度小的物体

(2)实验室供选择的重物有以下四个,应选择　　　　。 

A.质量为100 g的钩码 B.质量为10 g的砝码

C.质量为200 g的木球 D.质量为10 g的塑料球

(3)

同学们根据纸带算出相应各点的速度v,量出下落距离h,则以为纵轴,h为横轴绘出的图像如图(丙)所示。图线的斜率等于　　　　的数值,图线不过坐标原点的原因是　                 。 

解析:(1)由于在比较动能增加量和重力势能减少量的情况时,其质量相等,不用考虑质量大小即可比较,A错误;手提纸带时,应使重物靠近打点计时器,接通电源后释放纸带,可得到重物下落的较多信息,B正确;实验中可以不考虑前面较密集的点,选取某个清晰的点作为起始点处理纸带,由于所选下落过程初速度不为零,故需验证mgh=mv2-m是否成立,C错误;为了减小阻力的影响,应选取密度大一些、体积小一些的重物,D错误。

(2)在实验中,为了减小阻力的影响,重物应选择质量为 100 g 的钩码,故选A。

(3)根据机械能守恒定律,由于所选第一个点速度不为零,机械能守恒的式子应为mgh=mv2-m,化简得=+gh,故斜率为重力加速度g;图线不过原点的原因为纸带上所选的O点速度不为零。

答案:(1)B　(2)A　(3)重力加速度g　O点对应的重物速度不为零

4.某实验小组“用落体法验证机械能守恒定律”,实验装置如图(甲)所示。让重物从高处由静止开始下落,打点计时器在重物拖着的纸带上打出一系列的点,对图中纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。

(1)对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是　　　　。 

A.重物选用质量和密度较大的金属锤

B.调整打点计时器的限位孔,使它在同一竖直线上

C.精确测量出重物的质量

D.先释放重物,再接通电源

(2)选出一条清晰的纸带如图(乙)所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流。用分度值为1 mm的刻度尺测得OA=12.15 cm,OB=

18.90 cm,OC=27.35 cm,在计数点A和B、B和C之间还各有一个点,重物的质量为1.00 kg。重力加速度g取9.80 m/s2,根据以上数据可知,当打点计时器打到B点时重物的重力势能比开始下落时减少了

　　　　 J;此时重物的速度vB=　　　　 m/s,此时重物的动能比开始下落时增加了　　　　 J。(结果均保留三位有效数字) 

(3)大多数同学的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是　　　　。 

A.利用公式v=gt计算重物速度

B.利用公式v= 计算重物速度

C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响

D.没有采用多次实验取平均值的方法

解析:(1)使用质量和密度较大的金属锤可以减小阻力的影响,故A正确;调整打点计时器的限位孔,使它在同一竖直线上,可以减小摩擦阻力,故B正确;由mgh=mv2可知,重物质量的大小并不影响测量结果,故C错误;打点计时器要先接通电源,再释放重物,使纸带利用率更高,故D错误。

(2)由题意知,打点计时器的频率为f=50 Hz,故打点计时器的打点周期为T== s=0.02 s,当打点计时器打到B点时,重物的重力势能减少量为ΔEp=mg·OB=1.00×9.80×18.90×10-2 J≈1.85 J。打B点时重物的速度为vB== m/s=1.90 m/s。此时重物的动能增加量为ΔEk=mv2=×1.00×1.902 J≈1.81 J。

(3)利用公式v=gt和v= 计算重物的速度,相当于已经默认了机械能守恒,则重力势能的减少量等于动能的增加量,故A、B错误;重物重力势能的减少量大于动能的增加量,因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力的影响,故C正确;采用多次实验取平均值的方法,则会使误差减小,但仍有重力势能的减少量大于动能的增加量,故D错误。

答案:(1)AB　(2)1.85　1.90　1.81　(3)C