8.5实验：验证机械能守恒定律（Word版含答案）

人教版必修二8.5实验：验证机械能守恒定律
一、实验题（共6小题；共56分）
1. 在做“验证自由落体运动中的机械能守恒”实验中：
（1）下列仪器需要用到的是 。
（2）在进行实验时，下列说法正确的是 。
A.应用手托住重物由静止释放
B.纸带与重物相连端的点迹较密
C.可以取连续的几个点为计数点
（3）如图所示为实验时打出的一条纸带，则 的速度大为 （保留 位有效数字，纸带上相邻两点间的时间间隔为 ）。
2. 在利用如图 所示的装置“验证机械能守恒定律”的实验中，
（1）下列操作正确的是 。
A.打点计时器应接到直流电源上
B.先释放重物，后接通电源
C.释放重物前，重物应尽量靠近打点计时器
（2）实验中，某实验小组得到如图 所示的一条理想纸带，在纸带上选取三个连续打出的点 、 、 ，测得它们到起始点 的距离分别为 、 、 。已知当地重力加速度为 ，打点计时器打点的周期为 ，重物的质量为 ，从打 点到打 点的过程中，重物的重力势能变化量 ，动能变化量 。
（3）大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，主要原因是 。
A.利用公式 计算重物速度
B.利用公式 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
3. 小刚同学用如图所示的实验装置“验证机械能守恒定律”，他进行如下操作：
①用天平测出小球的质量为 ；
②用游标卡尺测出小球的直径为 ；
③电磁铁先通电，让小球吸在其下端；
④用刻度尺测出小球球心到光电门的距离为 ；
⑤电磁铁断电时，小球自由下落；
⑥在小球通过光电门时，计时装置记下小球通过光电门所用的时间为 ，由此可算出小球通过光电门的速度。
（1）由以上测量数据可计算出小球重力势能的减少量 ，小球动能的变化量 。
（ 取 ，结果均保留三位有效数字）
（2）从实验结果中发现 （选填“稍大于”“稍于”或“等于”），试分析可能的原因： 。
4. 用如图所示的装置“验证机械能守恒定律”，通过电磁铁控制的小铁球从 点自由下落，下落过程中经过光电门 ， 与毫秒计时器（图中未画出）相连。实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束。
（1）为了验证机械能守恒定律，需要测量或记录下列哪些物理量 。
A.小铁球的直径
B. 点与 点间的距离
C.小铁球的质量
D.小铁球经过光电门的挡光时间 （即毫秒计时器的读数）
（2）利用 中的物理量和重力加速度 ，写出验证机械能守恒定律的表达式为 。
（3）为直观判断小球下落过程中机被能是否守恒，应作下列哪一个图象 ；图象的斜率 。
A. 图象
B. 图象
C. 图象
D. 图象
（4）经正确的实验操作，发现小球动能增加量总是稍小于重力势能减少量，原因是 。
5. 为了验证机械能守恒定律，某研究性学习小组的同学利用透明直尺和光电计时器设计了一套实验装置，如图所示。当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，所用的光电门可测的最短时间为 ，将具有很好挡光效果的宽度为 的黑色磁带水平贴在透明直尺上。实验时，将直尺从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门。某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间 与图中所示的高度差 ，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示（表格中 为直尺质量， 取 ）。
（1）从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用 求出的，请你简要分析该同学这样做的理由是 。
（2）请将表格中的第 点数据填写完整：① ，② ，（结果均保留三位有效数字）
（3）通过实验得出的结论是 。
（4）根据该实验，请你判断下列 图象中正确的是 。
6. 如图所示，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 闪光一次，用毫米刻度尺测得相邻两个时刻小球上升的高度分别为 ，，，，，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表所示（当地重力加速度 ，小球质量 ）：
（1）上面测量高度的五个数据中不符合有效数字读数要求的是 段，应记作 。
（2）由频闪照片上的数据计算 时刻小球的速度 。（计算结果保留三位有效数字）
（3）从 到 时间内，重力势能增量 ，动能减少量 。（计算结果均保留三位有效数字）
（4）在误差允许的范围内，若 与 近似相等，从而验证了机械能守恒定律。由上述计算所得 （选填“”“”或“”），造成这种结果的主要原因是 。
答案
第一部分
1. （1） CE
【解析】根据实验原理： 即 ，要用打点计时器测量瞬时速度和下落高度，所以需要打点计时器和重物，重物要用重锤，而不是砝码，故C、E正确；
（2） BC
【解析】实验开始时要使纸带处于竖直状态，用手或者夹子固定纸带上端，然后静止释放，故A错误；由于纸带从上往下运动，所以打点从靠近重物一端开始，故B正确；可以取连续的几个点为计数点，故C正确；
（3） （ 均可）
【解析】 点的速度等于与 点相邻的两点间的平均速度，即 。
2. （1） C
【解析】打点计时器应接到交流电源上，故A错误；实验时应先接通电源，后释放重物，故B错误；释放重物前，重物应尽量靠近打点计时器，故C正确。
（2） ；
【解析】重力势能减少量 ，根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，则 点的速度为 ，故动能的增量为：。
（3） C
【解析】实验中重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是存在空气阻力和摩擦阻力的影响，故选C。
3. （1） ；
【解析】小球重力势能减小量 ；小球通过光电门的平均速度为 ，小球的动能变化量 。
（2） 稍大于；受到空气阻力的影响
【解析】从实验结果中发现 稍大于 ，原因是受到空气阻力的影响。
4. （1） ABD
【解析】小球重力势能的减少量为 ，动能的增加量为 质量可以约去，不需要测量小铁球的质量，需要测量小铁球的直径 ，A、B两点间的高度 ，小铁球经过光电门的挡光时间 ，故选A、B、D。
（2）
【解析】根据 得，验证机械能守恒的表达式为：。
（3） D；
【解析】根据 知，，为了直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作 图线，故选D；图线的斜率
（4） 有空气阻力
【解析】经正确的实验操作，发现小球动能增加量总是稍小于重力势能减少量，原因是有空气阻力。
5. （1） 瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度，或者说，当时间很短时，平均速度近似等于瞬时速度
【解析】瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度，故直尺上磁带通过光电门的瞬时速度可利用 求出。
（2） ；
【解析】① ；
②
（3） 在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量（或者说，在误差允许范围内，机械能是守恒的）
【解析】从表中数据可知，在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量，即机械能守恒定律成立。
（4） C
【解析】根据动能定理可知：，故 的图象应是过原点的倾斜直线，故C正确。
6. （1） ；
【解析】从题中可得测量工具是毫米刻度尺，所以 在有效数字读数要求上有错误，应记作 。
（2）
【解析】匀变速直线运动过程中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，
所以有：。
（3） ；
【解析】根据重力做功和重力势能的关系有：
。
（4） ；上升过程中有空气阻力做负功（或受到空气阻力）
【解析】因上升过程中有空气阻力做负功，故 。
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